DC-DC电源系统的优化设计
出处:mpb3698 发布于:2007-05-25 13:33:41
摘 要:紧凑型电子设备中DC-DC电源系统效率是一个非常关键的问题。详细分析了DC-DC电源系统各部分之间的相互作用以及影响DC-DC电源系统效率的主要因素,并指出:结合DC-DC转换器的输入特性,合理配置电源参数与选取DC-DC工作点可以有效地改善DC-DC电源系统效率。
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随着电子设备的微型化,紧凑型电子设备的供电是一个非常重要的问题。目前DC-DC转换器普遍地应用于电池供电的设备和要求省电的紧凑型电子设备中。应用DC-DC转换器的目的一方面是要进行电压转换,给一些器件提供合适的工作电压,但更重要的是在电压转换的同时保证有较高的系统效率和较小的体积。在正常情况下的DC-DC转换器有高达95%以上的转换效率。较高的系统效率不仅可以延长电池使用周期,也可以进一步减小设备体积。 |
1 一般电子设备中的功率分配 一般含有DC-DC电源的电子系统可以划分成三部分:电源、电压调节器(DC-DC转换器)和负载,如所示。 |
实际的电源部分可以是电池组或一个稳压或未稳压的直流电源,分析时可等效为理想的电压源Vs和电源内阻Rs两部分。其中Rs包括电源输出阻抗、串联滤波器电阻、导线电阻及接触电阻等,这些电阻是耗能元件,会严重影响电源效率。电源效率(Es)定义为电压调节器吸取的功率与电源提供的总功率之比:
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2 影响系统效率的关键因素
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3 DC-DC转换器工作点的选取 中①是一般DC-DC转换器的输入特性曲线,可见它的输入有一定的动态范围,其输入特性曲线可明显地分成三个区间。当Vi<Vg时,由DC-DC转换器的内部设计决定,DC-DC转换器内部处于闭锁状态。当Vg≤Vi≤Vmin时,DC-DC转换器处于启动工作的过渡状态,此间DC-DC转换器从电源吸取的电流随Vi快速上升,直到输出达到设定值时输入电流达到值Iimax;在此段内DC-DC转换器或许能工作,但是系统效率将很低,包括电源效率和DC-DC转换器的转换效率都比较低。Vmin<Vi<Vs区间是DC-DC转换器的有效工作区,在此区间内DC-DC转换器有较高的而且比较稳定的转换效率,所以综合来看调节器的工作点应选择在此段内的高端。 |
中②是电源的阻性负载特性,由(5)式决定,①和②的交点即为DC-DC转换器的工作点Q。为了使①和②有交点且落在DC-DC转换器的有效工作区内,必须合理地选取Vs和Rs。其中Rs决定特性方程的斜率,Vs决定特性方程与横轴的交点,所以改变Vs、Rs即可移动工作点Q。结合上述分析应尽可能使工作点有较高的Vi。
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参考文献 4. MAX797 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MAX797_1058112.html. |
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