DC/DC直流轉換器的簡要介紹

DC/DC轉換器的工作原理是通過開關管的高速開關動作，將輸入的直流電壓斬波成脈沖波，從而實現電壓的轉換。這一過程利用了電容、電感的儲能特性，通過可控開關(如MOSFET、IGBT等)進行高頻開關的動作，將輸入的電能儲存在電容(感)里，當開關斷開時，電能再釋放給負載，提供能量。DC/DC轉換器的主要類型包括降壓型、升壓型和升降壓型，每種類型都適用于不同的電壓轉換需求。例如，降壓型轉換器將輸入電壓轉換為較低的電壓，而升壓型轉換器則將輸入電壓轉換為更高的電壓。DC/DC轉換器的效率取決于其升壓模式、輸入電壓和輸出電壓，如果是以2倍壓模式進行升壓，那么它的效率為Vout/2Vin。此外，DC/DC轉換器的外部接線包括高壓接線和低壓接線，其核心技術是脈寬調制(PWM)，即通過控制開關管的通斷將直流電切割成方波或脈沖波，并通過調整方波的占空比來實現電壓的調節(jié)。12在電動汽車中，DC/DC轉換器的作用是將動力電池的高壓直流電轉換為低壓直流電，供車輛使用。這種轉換器通常布置于前機艙，具備效率高、體積小、耐受惡劣工作環(huán)境等特點。它通過使用自激振蕩電路將輸入的直流電轉換為交流電，再利用變壓器改變電壓后轉換為直流電輸出?；蛘咄ㄟ^倍壓整流電路將交流電直接轉換為高壓直流電輸出。DC/DC轉換器的工作原理圖展示了其主電路拓撲，包括原邊開關電路和控制器調制特定占空比的PWM波來驅動開關管按照既定的順序和時間開閉，從而實現電流逆變過程。

針對智能卡供電，本文提出了一種集成式DC/DC轉換器結構并分析了它的工作原理。該系統效率可達到85%，擁有足夠的魯棒性，可滿足所有復雜的ISO7816-3規(guī)范，并已通過EMV和EMV Co程序1級和2級。該結構特別適用于便攜式收款機(POS)等智能卡應用。

智能卡的工作電壓已經升級到可適用于任何專門針對這種應用的芯片。初的ISO7816-3和EMV (Europay/Master card/Visa)文件現在包括1.8V、3.0V和5.0V作為適用的工作電源。因此，位于卡和之間的物理接口必須能夠將上述任何一種電源和主MPU適配。電源必須保持表1中規(guī)定的工作條件。另外，電源必須能在750μs內斷開和卡的連接，特別是在帶電拔出卡時。

除了靜態(tài)工作以外，在負載為100mA/400ns脈沖狀態(tài)下，電源可把輸出電壓保持在容限以內。這樣的要求涉及到系統工作狀態(tài)，而不僅僅是電源。

DC/DC轉換器

隨著應用的日漸廣泛，從電池供電的便攜式系統到電視衛(wèi)星接收機，智能卡接口必須高效處理大的輸入電壓范圍并具有高效率?；旧?，只要能為卡提供所需的電源，它能以任何類型的結構來實現。如可以設計成一種基于開關電容的轉換器，但是考慮到便攜式POS系統時，其有限的效率成為一個關鍵問題。對于GSM應用則不同，因為輸出功率限制為50mW，因而在無線電話PCB上優(yōu)先考慮這種基于電容的結構，以節(jié)約空間。

考慮到對于POS機便攜式模塊，節(jié)能是關鍵問題，因而優(yōu)先考慮基于電感的結構，以盡量提高效率。實際上，在輸出功率高達300mW的情況下，電感結構在整個工作電壓范圍內的效率可以達到85%，這是低成本開關電容技術難以達到的水平。

另一方面，因為輸入電壓可以從 低2.70V到 高5.50V(在電池快用完或在電池充電后)，該結構必須自動地、無需調整地從升壓轉換到降壓工作，反之亦然。圖1描述的概念已經得到開發(fā)，以滿足這些要求，在設計中以保持EMV 成為主要的目標。

在硅裸片中實現的真實系統更加復雜，因為工作時既不能有電壓尖峰同時又要能實現調整及低紋波。重要的是，電路必須滿足所有EMV規(guī)范，尤其是電源下降序列、電源關斷時序及輸出短路電流。

為達到這些要求，圖2所示的轉換器增加了幾個額外的NMOS及PMOS晶體管。

該系統按照兩周期的概念運行(所有注釋請參見圖2及圖3)，并帶有考慮了智能卡要求的特殊結構：

周期1：Q1及Q4開通，且電感L1由外接電池來充電。在此階段，Q2/Q3及Q5/Q6關斷。

流經Q1及Q4兩個MOSFET的電流在內部被監(jiān)視，并在達到Ipeak值(峰值電流，取決于可編程輸出電壓值)時關斷。在這一點上，周期1完成而周期2開始?！伴_通”時間是電池電壓及引腳10與11之間所連接的電感網絡值(L及Zr)的函數。

為防止出現不受控運行，4μs暫停結構可確保系統在過載或低電池輸入情況下只在連續(xù)的周期1環(huán)路內運行。

周期2：Q2及Q3開通，且存儲在電感L1中的能量通過Q2轉移到外接負載。在此階段，Q1/Q4及Q5/Q6關斷。電流流通周期是900ns恒定值(典型值)，如果CRD_VCC電壓低于規(guī)定值，在這段時間以后重復周期1。

當輸出電壓達到規(guī)定值(1.80V、3.0V或5.0V)時，Q2與Q3立即關斷，以免在輸出負載上產生過壓。與此同時，兩個額外的NMOS——Q5及Q6開通，以便完全放掉存儲在電感中的電流，避免在系統上產生振鈴及電壓尖峰。圖3給出了DC/DC轉換器的理論波形。

當CRD_VCC被編程為0V，或當智能卡從插座中拔出時，有源下拉Q7迅速對輸出儲能電容進行放電，確保當卡在ISO觸點上滑行時輸出電壓低于0.40V。由于Q7的導通電阻低，輸出電壓在不到100μs的時間內即迅速下降###400mV，遠低于EMV規(guī)定的大值750μs。

輸出電壓紋波，盡管ISO7816-3或EMV未直接規(guī)定，但它在智能卡的運行中扮演重要角色。其峰峰值取決于以下兩個主要電參數：

1.在輸出硅結構及凈儲能電容之間的總串聯電阻;

2.穩(wěn)壓，即檢測帶 小門限及滯后的輸出電壓的能力。

隨著新能源汽車的逐漸普及，DC/DC轉換器這一術語也開始頻繁進入人們的視野。那么，究竟什么是DC/DC轉換器，它在電動汽車的電氣系統中又扮演著怎樣的角色呢?

DC，即直流電源，而DC/DC轉換器則是一種能夠將輸入電壓轉換為穩(wěn)定輸出電壓的電壓轉換器。它的主要作用包括升壓、降壓以及穩(wěn)壓。

在電動汽車中，DC/DC轉換器的重要任務是將動力電池組輸出的高電壓通過降壓、濾波、穩(wěn)壓等電路處理，轉換成恒定的12V或24V低電壓。這樣既能滿足整車各種電器設備的供電需求，同時也能為輔助電池充電。

當車輛的低壓蓄電池電量不足時，車輛控制單元(VCU)會檢測到這一情況并控制主繼電器閉合，向DC/DC轉換器發(fā)送啟動信號。接收到信號后，DC/DC轉換器開始工作并對外輸出電能。

此外，DC/DC轉換器的外部接線包括高壓接線(連接直流母線正負極)和低壓接線(包括12V低壓喚醒信號線、輸出正負極線、DC/DC搭鐵線以及故障報警線)。

關于DC/DC直流轉換器的工作原理，簡單來說就是通過自激振蕩電路將輸入的直流電轉換為交流電，再利用變壓器改變電壓后轉換為直流電輸出。或者通過倍壓整流電路將交流電直接轉換為高壓直流電輸出。

其核心技術是脈寬調制(PWM)，即通過控制開關管的通斷將直流電切割成方波或脈沖波，并通過調整方波的占空比(脈沖寬度與脈沖周期之比)來實現電壓的調節(jié)。

以上便是關于DC/DC直流轉換器的簡要介紹，希望能對大家有所幫助。