电源模块厂家带你剖析常用电源电路模块设计原理

 企业采用电源模块是为了可以节省产品开发时间，这样企业产品可以加快生产速度更快进入市场为企业带来利润，由于各行业对于电源模块的需求都是不尽相同，所以目前市场上不同供应商推出多种不同的电源模块的设计都是有所区别的，今天我们主要带大家了解电源降压控制电路模块设计、LMZ14203H 电源模块应用电路及稳压电源设计方案。

一、电源降压控制电路模块设计

　　电子电 路通常都工作在正稳压输出电压下，而这些电压一般都是由降压稳压器来提供的。如果同时还需要负输出电压，那么在降压-升压拓扑中就可以配置相同的降压控制 器。负输出电压降压-升压有时称之为负反向，其工作占空比为 50%，可提供相当于输入电压但极性相反的输出电压。其可以随着输入电压的波动调节占空比，以―降压或―升压输出电压来维持稳压。

　　图1显示了一款精简型降压-升压电路，以及电感上出现的开关电压。这样一来该电路与标准降压转换器的相似性就会顿时明朗起来。实际上，除了输出电压和接地相反以外，它和降压转换器完全一样。这种布局也可用于同步降压转换器。这就是与降压或同步降压转换器端相类似的地方，因为该电路的运行与降压转换器不同。

　　FET 开关时出现在电感上的电压不同于降压转换器的电压。正如在降压转换器中一样，平衡伏特-微秒 （V-μs） 乘积以防止电感饱和是非常必要的。当 FET 为开启时（如图1 所示的 ton 间隔），全部输入电压被施加至电感。这种电感―点‖侧上的正电压会引起电流斜坡上升，这就带来电感的开启时间 V-μs 乘积。FET 关闭 （toff） 期间，电感的电压极性必须倒转以维持电流，从而拉动点侧为负极。电感电流斜坡下降，并流经负载和输出电容，再经二极管返 回。电感关闭时V-μs 乘积必须等于开启时 V-μs 乘积。由于 Vin 和 Vout 不变，因此很容易便可得出占空比 （D） 的表达式：D=Vout/（Vout “ Vin）。这种控制电路通过计算出正确的占空比来维持输出电压稳压。上述表达式和图 1 所示波形均假设运行在连续导电模式下。

　　降压-升压电感必须工作在比输出负载电流更高的电流下。只是输入电流与输出电流相加。对于和输入电压大小相等的负输出电压（D = 0.5）而言，平均电感电流为输出的2倍。有趣的是，连接输入电容返回端的方法有两种，其会影响输出电容的rms电流。

　　典型的电容布局是在+Vin和Gnd之间，与之相反。利用这种输入电容配置可降低输出电容的rms 电流。然而，由于输入电容连接至 ”Vout，因此 “Vout 上便形成了一个电容性分压器。这就在控制器开始起作用以前，在开启时间的输出上形成一个正峰值。为了最小化这种影响，最佳的方法通常是使用一个比输出电容 要小得多的输入电容，请参见图 2 所示的电路。输入电容的电流在提供 dc 输出电流和吸收平均输入电流之间相互交替。rms电流电平在最高输入电流的低输入电压时最差。因此，选择电容器时要多加注意，不要让其 ESR 过高。陶瓷或聚合物电容器通常是这种拓扑较为合适的选择。

　　必须要选择一个能够以最小输入电压减去二极管压降上电的控制器，而且在运行期间还必须能够承受得住 Vin 加 Vout 的电压。FET 和二极管还必须具有适用于这一电压范围的额定值。通过连接输出接地的反馈电阻器可实现对输出电压的调节，这是由于控制器以负输出电压为参考电压。只需精心选取少量组件的值，并稍稍改动电路，降压控制器便可在负输出降压-升压拓扑中起到双重作用。

二、LMZ14203H 电源模块应用电路

　　此篇主要介绍了LMZ14203H特性、应用范围、参考设计电路以及电路分析，帮助大家缩短设计时间。

　　LMZ14203H特性：集成屏蔽电感器、简单的印刷电路板布线、使用外部的软启动电容器和高精度使能端，可以实现灵活的启动时序控制、针对浪涌电流提供保护、输入欠压锁定和输出短路故障提供保护、结温范围-40°C至125°C、采用整块的裸露焊盘和标准引脚，更易于装配和制造、低输出电压纹波

　　LMZ14203H典型应用范围包括：中间总线转换到12V和24V电压轨；应用于时间受限项目；应用于空间受限/高温场合；应用于负输出电压场合

　　LMZ14203H内部结构框图：

LMZ14203H参考设计电路：

三、稳压电源的设计方案

　　可知DC-DC变换的种类分为：隔离和非隔离。输入输出隔离虽然安全系数比较高，可是隔离变压器会有漏磁和损耗等不利的缺点，从而会造成效率降低，根据本研究的要求，并没有要求输入输出隔离，所以最终决定选择的是非隔离方式，几种方案如下：

3.1 串联开关电路

　　占空比为D的PWM波控制开关管Q1，从而达到这样的一个效果，交替导通或截止，再经L和C滤波器在负载R上得到稳定直流输出电压Uo。本电路属于降压型电路，题目要求的30--36V 的输出电压是实现不了的。

3.2 并联开关电路

　　串联开关电路与并联开关电路原理很相似，但是此电路为升压型电路，在开关导通的时候，电感开始储能，在截止的时候，电感能量开始输出。所以电感绕制只要是合理，就能达到题目要求的30-36V，并且输出电压Uo呈现连续平滑的特性。

3.3 串并联开关电路

　　下面是串并联开关电路形式，也称为升降压式开关电路，反转式开关电路。无论在开关管VT1之前的脉动直流电压，高于或低于输出端的稳定电压，此电路均能实现 功能。实际上，本电路是在串联开关电路是通过在后加入一个并联开关电路。用电感的储能特性来实现升降压，电路控制式比较复杂的。

　　考虑到本设计是只需要升压的，所以选择方案二。（图6）

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