电源IC的选型与应用研究

粟小娓

（贵州航天智慧农业有限公司，贵州 贵阳 550000）

对于电子设备来说，电源是最重要的组成部分，关系到电子设备的技术性能，确保电子设备安全可靠地工作。由于开关电源效率高、体积小，在计算机、通讯、家用电器等领域得到了广泛的应用，由此研究电源IC的选型和应用具有较强的现实意义。

1 开关电源的分类

开关电源在分类上相对来说比较复杂，分类标准不同，开关电源的类型也不同。电源开关根据管激励方式可以分为自激法和外激法。自激法不需要设置振荡器、开关管和振荡管，它是一个高频变压器的反馈环路，自身可以产生振动。外激法与自激法不同，需要额外添加一个特殊的振荡器，这个振荡器产生的脉冲可以控制开关的开和关。根据开关电源的输入和输出可分为隔离和非隔离型；电源开关根据连接的方式可以分为并联连接与串联连接，并联连接开关的输入电压和负载是并联的，该系列是一种稳压电路，是一个并联升压调压器电路，串联连接的输入电压与负载是串行的，稳定性稍弱；按照输入和输出电压的类型可分为DC-DC开关电源，AC-AC开关电源，AC-DC开关电源，DC-AC开关电源。DC-DC开关电源应用范围广泛，主要是改变电压和电流。DC-DC开关电源可分为boost开关电源、buck开关电源以及Buck/Boost变换器。

（1）BOOST开关电源。Boost开关电源的主电路由功率开关N1组成，负载电容C，连续二极管D1，电感系数负载电阻器nmos开关装置，NMOS开关控制信号ctrl控制，控制周期是T，当n1电源开关打开时，比的频率为D。电流由电感增加，能量存储在磁能的电感中。连续二极管d1是反向的，处于截止状态；电容器C为负载提供了负载负荷的能量。当电源开关n1结束时，缓慢减小电感电流，反向电感是在电流流二极管d1上和双端电压上进行的，通过二极管的d1电感负载释放出磁能量，如图1所示。

图1 Boost电路图

（2）BUCK开关电源。Q开关管及其驱动电压通常为PWM信号，TS为信号周期，信号频率为F，传导时间为Ton，停止时间为 Toff，循环 ts=ton+toff，占空比循环 dy=Ton/TS。

在公式中，ton处于正常状态，而v时间处于断开状态。T是开关周期，α为占空比，简称为导通比或占空比（α=ton/T）。因此，如果负载的平均电压平均值为U0，最大值为Ui，如果α占比低，因为输出电压比输入电压低，所以称作buck电路。

（3）Buck/Boost变换器。Buck/Boost变换器是一种输出电压，也被称为降压转换器，电压低于直流变换器，但输出电压与输入电压是相反的。Buck/Boost变换器可以看作是一系列降压变换器和升压变换器。Buck/Boost变换器还有DCM与CCM两种模式，开关管Q也是PWM控制模式，如图2所示。

图2 Buck/Boost变换器

2 电源IC的应用选择

（1）在集成电路上的选择。集成电路看起来很简单。然而，随着新的消费电子产品的推出，这项任务变得更加复杂。在选择合适的集成电路工作时，必须平衡解决方案的功率、成本、大小、空间比和输出功率。在选择电力应用集成电路时，必须根据产品需求的重要性对这些因素进行排序。

（2）选择最佳拓扑。首先，应查看每个功率轨的功率是否达到要求，然后确定DC-DC变换器的类型，如线性调节器、感应开关或充电泵。电感开关通常是有效应用的最佳选择。感应开关电路由开关元件、整流器、输入和输出电容、以及电感组成。集成电路如果带有内置开关和整流器，那么集成器应减少尺寸。集成电路的效率主要取决于负载，一般的范围是80%～96%。由于电感尺寸，开关通常需要更多的空间，价格也比较高。由于电感，开关变换器产生EMI辐射，输出端产生开关噪声。低压差分线性稳压器（LDO）通过减少旁路设备两端的输入电压来降低直流电压。该拓扑只需要3个设备（旁路设备和输出电容）。通常比较便宜，噪音比感应开关小得多。由于该装置的输入电流等于负载电流，其效率等于输入电压比的输出。但当输入电压较高时，效率较低。所有的功耗都是在旁路设备中，这意味着LDO不是大规模电流应用的理想解决方案，具有较大的输入输出差压。

大型功率应用需要散热装置，从而增加了尺寸。电荷泵的输出功率不高，得到了瞬态响应。另外，在输入电压接近输出电压的情况下，效率通常极低。为了进一步减小解决方案的规模，有多种功率输出设备可供选择。这些器件通常有MOS场效应晶体管和最小的外部组件。但由于这些设备价格高昂，在实际中应减少这些外部元件的应用，从而降低集成电路的成本。

（3）选择最佳LDO。然而，由于功耗和效率，LDO并不总是最佳的选择。对于5V和2A的电源线，应选择开关变换器。在这种情况下，消费的耗电量最大（14W），因此，感应降压变换器是这种情况下的最佳选择。在实践中，充电电压用于单锂电池。考虑空间限制的应用，第一线充电器。这忽略了对充电效率的重视，而电池充电器只有在12V电源适配器工作正常时才起作用。然而，当选择电池峰值充电电流放电时，电压降至3V，电池充电器的散热量应受到限制。

对于1.5V的电源，可以选择开关——还原变换器或LDO。在选择时，效率将在25%以内，需要100mA输入电流。而开关变换器效率超过90%，需要30mA输入电流。许多使用微型开关变换器的解决方案提供所需的输出功率，不能超过电路。只有选择合适的降压转换器，才能最大限度地提高电池的寿命。2.5V电源可以适用两种拓扑，LDO具有较低的电流需求和低的损耗/输出压差。这是一个小应用的最佳选择。对于1.25V电源，开关变换器是最好的选择。LDO要求大负载电流（300mA），大输入输出差压，功耗过高，效率不高。这两种拓扑都符合要求。基于1.5V电源的逻辑分析方法，选择开关变换器，为3.3V电源，由于大输出电流，开关变换器是最好的选择。

3 结语

由于开关电源IC效率高，体积小，在计算机、通讯，家用电器等领域得到了广泛的应用，在便携式电子设备中更是备受青睐，随着人们便携式电子设备的需求增大，电源IC应在技术和性能上得到进一步提升。

［1］胥锐.高速负载响应DC-DC开关电源IC设计［D］.成都：电子科技大学，2008.

［2］亦光.电源 IC 发展趋势综述［J］.电子测试，2007，（12）：4-6.