最初的 DC/DC 转换解决方案均为低噪声线性设计，使用简单，但有两个主要缺点。首先，输出电压必须始终低于输入电压;然而，线性稳压器效率极低，会将很大一部分供电以热量的形式耗散。其次，根据输入和输出电压差，线性稳压器的效率可能为 60% 或更低。

　　开关 DC/DC 转换器的发明解决了这两个问题，但需要更复杂的设计方法。与线性设计相比，开关转换器利用电感和电容元件的储能特性以离散包的形式传输电力。电力脉冲存储在电感器的磁场中或电容器的电场中。

　　开关控制器确保每个开关周期仅传输负载所需的功率，从而使此拓扑非常高效。最佳设计可实现 97% 或更高的效率。图 1 显示了开关 DC/DC 转换器的简化框图。

　　图 1 中的开关功能由功率晶体管执行，它们以受控顺序在高效的“开”和“关”状态之间交替。这与线性设计中的连续操作形成对比。开关 DC/DC 转换器可以产生高于或低于输入的输出(升压或降压)，或将输入电压反转到输出。

图1

　　输出可以是稳压的，也可以是非稳压的。非稳压转换器的输出电压会随着负载电流或输入电压的变化而发生显著变化。在稳压设计中，反馈控制环路(虚线)将输出电压反馈回开关块;这会改变开关操作以补偿输出电压与所需值的偏差，无论这些偏差是由输入电压变化(例如，电源电池缓慢耗尽)还是负载变化引起的。

　　最简单的开关拓扑在输入和输出之间共享一个公共接地电流路径，因此是非隔离的，其中电感元件是电感器。隔离转换器在输入和输出之间提供电流隔离，因为它通过变压器相互耦合的绕组产生的电磁场传输电力。由于输出与输入电气隔离，因此输入电压与输出的极性相同或相反并不重要。在线性设计中，接地返回电流直接在输入和输出之间流动;因此，隔离不是一种选择，只需要三个引脚：Vin、公共接地和 Vout。

　　低功耗 DC/DC 转换器的 DC/DC 转换器拓扑

　　在电源设计中，性能越高，成本越高，复杂性越高，占用空间越大，这几乎是必然的。由于小型 DC/DC 转换器的用户非常看重紧凑尺寸和成本效益，那么 RECOM 如何在低功耗隔离式 DC/DC 产品中满足他们的要求呢?

　　推挽式拓扑广泛用于隔离式 DC/DC 转换器。这是一种产生较高、较低或反相电压的低成本方法，因为变压器匝数比决定了输出电压关系。该拓扑简单、效率较高，并且电磁辐射相对较低。

图2

　　图 2 显示了具有非稳压输出的隔离推挽式 DC/DC 转换器的框图。为了节省空间，振荡器和驱动晶体管可以组合在专用的推挽式变压器驱动器 IC 中。

　　对于稳压输出，最简单的方法是在次级侧添加一个与 +Vout 线串联的线性稳压器，如图 3 所示。这种方法实现了预期目标，适用于最低功率的 DC/DC 设计。RECOM RY/P 系列就是一个例子，其中的线性稳压器提供短路保护以及稳压、低噪声输出。

图3

　　这种设计可以实现约 65–75% 的效率。当功率超过 1 W 或 2 W 时，最大化效率就成为更重要的优先事项，需要进一步优化设计。因此，使用初级侧调节而不是次级侧调节。代替线性调节器，在次级侧监测输出电压，并将其与所需电压进行比较，以生成误差电压，然后将其发送回初级侧振荡器控制器。这会调整开关频率以使误差趋近于零。由于这是一种隔离设计，因此误差信号也必须隔离。图 4 显示了 RECOM 额定功率为 3 W 及以上的稳压转换器中使用的这种方法，可实现约 85% 的效率。

图4

　　对于具有更高功率输出的 DC/DC 转换器，需要一种更复杂的方法。线性稳压器不仅会以上述方式浪费功率，而且两个次级侧二极管也是损耗源。功率二极管的正向压降通常为 0.5V，这意味着在 1 A 电流下功率损耗为 0.5 W。

　　解决方案是用由两个 FET 和一个控制器组成的同步整流器取代二极管和线性稳压器。

　　图 5 对比了这两种方法。FET 通过在周期的正向部分打开并在周期的反向部分关闭来充当整流器。快速开关和约 10 mΩ 的超低导通电阻 RDS(ON) 的组合使 FET 成为理想的整流器。缺点是它们必须有源驱动，因此需要额外的定时和驱动电路来感测内部电压并与输出波形同步正确地打开和关闭两个 FET。二极管是无源器件，不需要额外的电路即可运行，但同步整流带来的效率提高足以抵消更高输出电流转换器的成本复杂性增加。

图5

　　同步整流器用于 RECOM 的 RP20 系列 20 W DC/DC 转换器，可实现高达 89% 的效率。该设计还包括前面描述的隔离误差信号。最后，图 6 中的 RP20 可在宽负载范围内实现 85-89% 的效率。

图6

　　借鉴大型电源设计的设计技术正应用于最低瓦数的 DC/DC 转换器，从而实现更高的效率。由于客户优先级会随着功率水平的提高而改变，因此必须进行适当的修改。RECOM 在选择成本和尺寸最佳组合的正确设计方面处于领先地位。

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