DCDC直流降壓型電壓變換原理詳解

根想要將50V的直流電壓降到40V，有什么辦法？

這屬于電源設(shè)計(jì)部分內(nèi)容，DCDC直流降壓型電壓變換，輸入電壓為50V，輸出40V，輸入與輸出之間的壓差為10V，壓降有點(diǎn)高，若采用線性的方式降壓，負(fù)載電流不能太高，一般500mA以內(nèi)最佳，否則降壓芯片自身功耗太大，不但散熱不好處理，而且效率低，浪費(fèi)能量。線性降壓方式降壓芯片的功耗P=（輸入-輸出）×負(fù)載電流，若負(fù)載電流500mA，功耗P為10V×500mA=5W，若1A自身功耗P達(dá)10W。

1、線性降壓方式，負(fù)載電流500mA以內(nèi)

原理如下圖所示，采用TI的LDO線性電源芯片LM117HV進(jìn)行降壓穩(wěn)壓，LM117HV最大輸入電壓高達(dá)60V，輸入電壓范圍4.2V~60V，輸出電壓范圍1.25V~57V，最大輸出電流1.5A，工作溫度范圍-65℃~150℃。LM117HV內(nèi)部具有1.25V基準(zhǔn)源，其輸出電壓公式為：Vout=1.25×（1+R2/R1），要求輸出電壓40V，代入公式即1.25×（1+R2/R1）=40，求得R2/R1=31，選擇合適的標(biāo)稱阻值即可，比如選擇R1=200Ω，R2=6.2KΩ可得輸出電壓為40V。

LM117HV的封裝為TO-3，具體設(shè)計(jì)時(shí)一般貼在散熱器表面上，利于散熱。雖然該芯片最大輸出電流可達(dá)1.5A，但是實(shí)際使用時(shí)負(fù)載電流不要太大，小于500mA最佳。若負(fù)載電流500mA該芯片功耗已達(dá)5W；若負(fù)載電流1.5A，功耗高達(dá)15W！不是不行，而是建議不要這么使用，當(dāng)然散熱處理得好也完全可以使用，但是效率低，功率內(nèi)損嚴(yán)重，而且散熱也不好處理，若電流較大建議采用開(kāi)關(guān)電源芯片方式降壓。

注：線性降壓方式除了使用專用的線性電源芯片設(shè)計(jì)之外，還可以使用大功率晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管等進(jìn)行降壓設(shè)計(jì)。比如使用穩(wěn)壓管與NPN型功率三極管配合的設(shè)計(jì)方式，（關(guān)注公眾號(hào)：電路一點(diǎn) 通）通過(guò)穩(wěn)壓管控制三極管基極的電壓，那么發(fā)射極的電壓約為基極的電壓-0.6V，50V電源輸入端為三極管的集電極。也可以使用比較器、場(chǎng)效應(yīng)管組成的負(fù)反饋電路控制場(chǎng)效應(yīng)管的內(nèi)阻，從而實(shí)現(xiàn)40V穩(wěn)壓輸出。

2、采用開(kāi)關(guān)電源芯片設(shè)計(jì)

采用開(kāi)關(guān)電源芯片設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率較高，一般80%~90%左右。線性LDO電源芯片在壓差不大，負(fù)載電流較小的場(chǎng)合使用是挺方便的，電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)就是效率低。

下面介紹一款TPS54560B開(kāi)關(guān)電源芯片，該芯片屬于TI公司生產(chǎn)，輸入電壓范圍4.5V~60V，輸出電壓范圍0.8V~58.8V，最大輸出電流高達(dá)5A，工作溫度范圍-40~150℃，轉(zhuǎn)換效率90%左右。其輸出電壓公式為Vout=0.8(1+RHS/RLS），比如下圖為官方參考實(shí)例，輸入7V~60V，輸出5V，其中R5=53.5k，R6-10.2k，代入公式計(jì)算Vout=0.8(1+53.5k/10.2k)≈5。

要求輸出40V，根據(jù)計(jì)算公式0.8(1+RHS/RLS）=40，可得RHS/RLS=49，可選RHS=62K，RLS=1.27K。

該芯片屬于SO-8封裝，芯片個(gè)頭很小，卻能輸出5A電流，這就是線性電源芯片與開(kāi)關(guān)電源芯片的不同之處，開(kāi)關(guān)電源芯片功耗低、轉(zhuǎn)換效率高，不需要做散熱處理，在體積和重量方面都有很大優(yōu)勢(shì)。

總結(jié)：50V降壓40V，這個(gè)電壓有點(diǎn)高，超出36V安全電壓，具有一定的危險(xiǎn)性。由于電壓較高，很多常規(guī)的電源芯片都無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，其實(shí)這兩款芯片也是很常用的芯片，LM117HV和LM317類似，輸入電壓范圍較高，TPS54560B屬于TI很常用的開(kāi)關(guān)電源芯片。

審核編輯：湯梓紅