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用開關(guān)穩(wěn)壓器制作DC-DC轉(zhuǎn)換器，開關(guān)穩(wěn)壓器IC是一種從一定的直流電壓中獲得所需電壓值的電源IC，用于控制開關(guān)式的DC-DC轉(zhuǎn)換器。還有一種方法是通過(guò)使用了齊納二極管或三端穩(wěn)壓器等器件的電路從高電壓產(chǎn)生所需電壓(降壓)，但如果需要幾安培的大電流，就需要通過(guò)開關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)降壓了。

  比預(yù)期更易用的開關(guān)穩(wěn)壓器IC

使用的開關(guān)穩(wěn)壓器IC ROHM BD9E301。表面貼裝型SOP8封裝，但也可通過(guò)轉(zhuǎn)換板在萬(wàn)用板上使用。

  開關(guān)穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)

  在電源電路中使用開關(guān)穩(wěn)壓器的好處是“效率高”。使用開關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)需要一些外置器件才能使用。與三端穩(wěn)壓器不同，它僅憑IC和電容器是無(wú)法工作的，這部分因素可能會(huì)給人一種難以下手的印象。

  知道開關(guān)式穩(wěn)壓器工作原理的人，可能會(huì)因?yàn)?/span>“必須附上振蕩器和線圈之類的器件才能用，對(duì)吧?”這種先入為主的偏見而不太喜歡開關(guān)穩(wěn)壓器。其實(shí)，由于最近的開關(guān)IC中內(nèi)置了大部分功能，因此所需的外置元器件很少，電路設(shè)計(jì)已經(jīng)越來(lái)越容易了，不需要花費(fèi)太多的時(shí)間和精力。

雖然用來(lái)降低電壓的降壓電路方式有很多種，但使用開關(guān)穩(wěn)壓器的方式可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)80%～95%的轉(zhuǎn)換效率。其他還有使用三端穩(wěn)壓器的方式，但效率通常只有50%以下，功耗浪費(fèi)嚴(yán)重，而且發(fā)熱量非常大。需要將較大負(fù)載連接到降壓電路時(shí)，可以通過(guò)使用開關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)創(chuàng)建發(fā)熱量少的節(jié)能型電路。

  創(chuàng)建DC-DC轉(zhuǎn)換器電路

  使用一款從12V電源的輸入可以輸出5V/2A的DC-DC轉(zhuǎn)換器。這個(gè)輸出規(guī)格的話，可以驅(qū)動(dòng)USB設(shè)備，因此，還可以讓您的自制設(shè)備具備USB充電器功能。

  開關(guān)穩(wěn)壓器IC使用ROHM的BD9E301。該IC內(nèi)置有FET，支持最大2.5A的輸出，輸入電壓范圍寬(7～36V)，具有可通過(guò)外置電阻自由調(diào)整輸出電壓的功能。

  在開關(guān)穩(wěn)壓器的技術(shù)規(guī)格書中，除了基本規(guī)格外，還提供了電路設(shè)計(jì)示例和圖案布局示例等內(nèi)容，因此將參考技術(shù)規(guī)格書進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

  將開關(guān)穩(wěn)壓器IC裝在轉(zhuǎn)換板上之后安裝在萬(wàn)用板上的樣子。

  由于BD9E301是表面貼裝型IC，所以需要通過(guò)轉(zhuǎn)換板安裝在萬(wàn)用板上。使用轉(zhuǎn)換板的話，可能會(huì)因散熱量不足而導(dǎo)致故障，所以在使用轉(zhuǎn)換板時(shí)要注意電流量和發(fā)熱量。

  根據(jù)技術(shù)規(guī)格書中的應(yīng)用電路，將電子器件焊接到電路板上。由于輸出電壓由R1和R2的分壓電阻之比決定，因此將R1設(shè)置為12kΩ，將R2設(shè)置為3kΩ，其他部件使用與技術(shù)規(guī)格書中相同的元器件。

  由于開關(guān)電源是在高頻下反復(fù)ON/OFF的電路，因此應(yīng)盡可能將元器件安裝在靠近IC的位置，以免布線距離變長(zhǎng)。從某種意義上講，開關(guān)穩(wěn)壓器的布局是需要格外用心的項(xiàng)目之一。由于技術(shù)規(guī)格書上也提供了基本的布局說(shuō)明，所以將參考其中的元器件布置方案來(lái)創(chuàng)建電路。

  完成的DC-DC轉(zhuǎn)換器的背面。在表面上安裝了DIP器件，在焊接面上安裝了線圈。要實(shí)際安裝的元器件很少，只需要電阻器、幾個(gè)電容器和1個(gè)線圈即可使用開關(guān)穩(wěn)壓器制作DC-DC轉(zhuǎn)換器。

  當(dāng)將12V電壓施加到完成的電路時(shí)，輸出了5V電壓。由于輸出電壓是通過(guò)反饋來(lái)維持穩(wěn)定的，因此即使外部電壓波動(dòng)，也能始終輸出5V。這個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器IC可輸出高達(dá)(電源電壓 x 0.7V)的電壓，因此理論上即使電壓降至7.2V也能工作。

  已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)5V/2A的電源電路，現(xiàn)在，讓將USB引腳連接到輸出部分，以便為USB設(shè)備供電。

  如果您將USB引腳連接到自制的5V DC-DC轉(zhuǎn)換器，也可以為USB設(shè)備充電。照片中正在為iPad充電。發(fā)熱量出乎意料地小，可以穩(wěn)定充電。

  按照這種方式，即使用開關(guān)IC，也能輕松制作出5V輸出的電源電路。在制作電路時(shí)，作為附加功能增加USB充電功能可能會(huì)很有趣。

要想將開關(guān)電源做成產(chǎn)品推出，還會(huì)涉及到很多問(wèn)題，比如PCB布局和是否符合EMI(電磁干擾)相關(guān)法規(guī)。在這里希望大家了解的是，使用開關(guān)穩(wěn)壓器IC可以輕松完成電路設(shè)計(jì)這部分。

  創(chuàng)建DC-DC轉(zhuǎn)換器電路

  前面也提到過(guò)，最近的開關(guān)IC由于外置元器件少，電路設(shè)計(jì)材料也豐富，因此使用它們可以輕松地創(chuàng)建開關(guān)方式的降壓電路。

  在實(shí)際的電源電路設(shè)計(jì)中，您是否為不知道該用開關(guān)穩(wěn)壓器好還是用三端穩(wěn)壓器好而煩惱過(guò)呢?

  開關(guān)穩(wěn)壓器的魅力在于其效率高，但在某些電路應(yīng)用中，這項(xiàng)優(yōu)勢(shì)可能無(wú)法充分發(fā)揮出來(lái)。例如，在僅使用微控制器和幾個(gè)LED的、電流僅幾十mA的電路中，即使提高效率，也沒(méi)有太大的實(shí)用價(jià)值。

  此外，開關(guān)式電源的效率會(huì)隨著負(fù)載電流的減小而降低，相反地，三端穩(wěn)壓器的效率則較好，此時(shí)開關(guān)穩(wěn)壓器所需元器件數(shù)量多、噪聲紋波大等缺點(diǎn)就顯得比較突出了。在這種情況下，從整體成本上看，使用三端穩(wěn)壓器更具優(yōu)勢(shì)。

  總體而言，不要簡(jiǎn)單地認(rèn)為“開關(guān)穩(wěn)壓器效率高所以更好!”而選擇它，而是要從功耗和電路尺寸等各方面因素綜合考慮來(lái)選擇合適的方式，這一點(diǎn)很重要。

  _線性穩(wěn)壓器開關(guān)穩(wěn)壓器

  降壓可可

  升壓不可可

  升降壓不可可

  反相不可可

  效率通常VO/VIN

  較低～95%左右

  通常較高

  輸出功率通常為幾W

  取決于散熱設(shè)計(jì)支持大功率

  噪聲小有開關(guān)噪聲

  設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單復(fù)雜

  元器件數(shù)量少多

  開關(guān)穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器的區(qū)別。兩種穩(wěn)壓器各有利弊，所以要物善其用，根據(jù)具體情況區(qū)分選用。三端穩(wěn)壓器屬于線性穩(wěn)壓器。

  總結(jié)

  當(dāng)聽到“開關(guān)穩(wěn)壓器”這個(gè)詞時(shí)，首先讓人想到的可能是“難以操作”，但實(shí)際用它試試看時(shí)，您會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)并不像想象中的那么麻煩，稍加努力就可以創(chuàng)建出高效的電源電路。

  如果您能夠玩轉(zhuǎn)開關(guān)穩(wěn)壓器，除了降壓之外，還可以自由自在地操作電路的電壓(比如升壓、反相、升降壓等)，這會(huì)讓您的電路設(shè)計(jì)范圍更寬更廣。

  開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的真正難點(diǎn)在于決定元器件配置的圖案布局，以及符合各國(guó)法規(guī)的EMI對(duì)策。其實(shí)如果只是試制級(jí)別的話，很容易就可以做出來(lái)。因此，在電子作品制作中，開關(guān)穩(wěn)壓器不失為一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

  這次使用的是表面貼裝型開關(guān)穩(wěn)壓器IC，其實(shí)還有可直接用于萬(wàn)用板的DIP型IC和內(nèi)置有線圈的開關(guān)穩(wěn)壓器等產(chǎn)品，因此，開關(guān)IC在電子制作中已經(jīng)變得越來(lái)越方便使用了。此外，在最新的產(chǎn)品中，還包括輸出電流高達(dá)7A～8A且內(nèi)置FET的產(chǎn)品類型。

  對(duì)于正在用三端穩(wěn)壓器和大型散熱器制作電源電路的人，或者正在通過(guò)連接DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊制作小物件的人而言，挑戰(zhàn)使用開關(guān)穩(wěn)壓器IC進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，不失為一個(gè)不錯(cuò)的嘗試。