（文章來源：貿(mào)澤電子）

當(dāng)Allesandro Volta用銅和鋅盤以及浸有鹽水的紙板制成電池時(shí)，當(dāng)時(shí)只是一個(gè)新奇的產(chǎn)品，而這種低功率直流電（DC）實(shí)際應(yīng)用卻很少。隨著對于電力有了更深入的理解，人們發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁鐵可以在電線中感應(yīng)出交流電流（AC），隨之而來就打開了發(fā)電的世界。 交流電適用于照明、加熱和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并且通過使用變壓器，其電壓可以升高和降低。

后來DC開始得到一些應(yīng)用。與AC不同的是，DC的電荷可以存儲(chǔ)在電池或電容器中。例如，曾經(jīng)用這些儲(chǔ)存的電荷為第一部電話供電，后來的電話設(shè)計(jì)才可以通過線路獲取電力。如果您想要特定的直流電壓，可以將電池串聯(lián)起來。如果您確實(shí)需要高功率直流電，可以在其間使用具備機(jī)械傳動(dòng)裝置的直流電動(dòng)機(jī)－發(fā)電機(jī)組，從而可以產(chǎn)生不同的電壓。

隨著新電子產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，需要不同的直流電平，例如真空管的150V，工程師們也開始考慮如何能夠上下轉(zhuǎn)換直流電壓，DC－DC轉(zhuǎn)換器的概念由此誕生。當(dāng)今的DC－DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用分為不同類別：隔離式和非隔離式，升壓和降壓型或兼而有之的升降壓型。市場也可提供具備特定功率水平和功能的模塊，其中許多已成為一般“商用”部件。

讓我們首先定義“隔離”的含義：如果在輸入和輸出之間存在電氣連接（通常是接地），則該部件是非隔離式。隔離部件有一個(gè)內(nèi)部變壓器，在輸入和輸出之間以磁性方式傳遞能量，因此輸出可以相對于輸入“浮動(dòng)”。我們稍后會(huì)考慮隔離等級。還有其他種類的穩(wěn)壓器，如可以產(chǎn)生負(fù)輸出電壓（降壓升壓）和可以產(chǎn)生高于或低于正輸入電壓輸出的“SEPIC”電路。這在電池供電應(yīng)用中非常有用，其中的負(fù)載電壓在電池放電時(shí)需要保持恒定。

模塊化升壓轉(zhuǎn)換器不太常見，這里的一個(gè)例子是來自GE Critical Power的ABXS002A3X41－SRZ，它能夠?qū)?～16V輸入轉(zhuǎn)換為16～34V輸出，輸出電流為2．3A，模塊尺寸為27．9 x 11．4mm。

非隔離式DC－DC轉(zhuǎn)換器通常被稱為“負(fù)載點(diǎn)（PoL）”轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗鼈兛梢灾苯佑糜?a target="_blank">處理器或FPGA的典型負(fù)載上，以便使負(fù)載電壓盡可能精確。最復(fù)雜的類型具有數(shù)字控制等許多特性，因此性能可以“運(yùn)行中（on the fly）”調(diào)整，以適應(yīng)負(fù)載條件變化，通常可使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（如PMBusTM）的I2C線路進(jìn)行設(shè)置。電壓穩(wěn)壓器模塊（VRM）是一種能夠滿足IC制造商特定要求的特殊類型PoL，例如來自Intel的類似產(chǎn)品。

由于各種不同的原因，可能都需要隔離。通?？梢苑奖愕貙⑤斎牒洼敵鼋拥胤珠_，以便使電流路徑分離，而不會(huì)相互作用。一個(gè)常見的應(yīng)用是為RS485接口供電電路，用于驅(qū)動(dòng)器的隔離電源軌能夠阻止在主機(jī)接地和連接設(shè)備之間的電流流動(dòng)。

具有“浮動(dòng)”輸出還能使負(fù)載接地點(diǎn)連接到任意一個(gè)DC－DC輸出終端，例如，通過將正輸出連接到地，可以將浮動(dòng)12V配置為－12V。同樣，12V可以“疊加（stacked）”在另一個(gè)電壓上，比如輸入12V，以提供24伏的總電壓，這可能對小型電機(jī)驅(qū)動(dòng)很有用。通過變壓器的功率耦合也可以提供一定程度的抗EMI性能，特別是針對本地接地線上產(chǎn)生的共模噪聲。

進(jìn)行隔離的一個(gè)重要原因通常是安全需要。您可能認(rèn)為，如果一個(gè)DC－DC轉(zhuǎn)換器有較低的輸入和輸出電壓，安全不是問題。然而，DC－DC中的隔離層通常被用作更廣泛隔離系統(tǒng)的一部分，以實(shí)現(xiàn)整體安全額定值。一個(gè)極端的例子是醫(yī)療市場的“病人連接”應(yīng)用，在這種應(yīng)用中，DC－DC轉(zhuǎn)換器必須針對最高系統(tǒng)電壓（可能為230VAC）具備完全的醫(yī)療級額定隔離。其中的原因是，與患者相連的其他設(shè)備可能因?yàn)檫@種施加的危險(xiǎn)電壓而失效。DC－DC可以使危險(xiǎn)的電流通過“未指定的連接路徑”流回原設(shè)備，因此它必須具有高等級的隔離。

在適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)電壓下，能夠適合這種醫(yī)療應(yīng)用規(guī)范的DC－DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)該注明具有兩個(gè) “患者保護(hù)措施（MOPPS）”，如來自Traco Power的THM 30WI 系列。

許多DC－DC轉(zhuǎn)換器的宣傳資料把一個(gè)隔離額定值簡單地叫做一個(gè)電壓值，例如3kVDC，用戶應(yīng)特別小心，因?yàn)檫@只是工廠的“測試”電壓，雖然這是一個(gè)衡量隔離堅(jiān)固性的指標(biāo)，除非特定的安全機(jī)構(gòu)將其隔離等級限定為“基本”、“加強(qiáng)”或醫(yī)療“保護(hù)措施”等級別，否則不應(yīng)將DC－DC轉(zhuǎn)換器用于安全隔離系統(tǒng)。即使引用了“EN60950加強(qiáng)型”等標(biāo)準(zhǔn)，也必須指定系統(tǒng)電壓，30VAC系統(tǒng)電壓時(shí)的加強(qiáng)型如果用在230VAC系統(tǒng)中作為安全屏障將毫無價(jià)值。

隔離式DC－DC轉(zhuǎn)換器有多種形式，最簡單的低功率型通常沒有調(diào)節(jié)，只是“比例式”轉(zhuǎn)換器，即輸出隨輸入成比例變化。這些部件成本低，可用于為接口或模擬電路提供“點(diǎn)（spot）”電壓。不過，由于它們的空載輸出電壓可能遠(yuǎn)高于額定值，因此通常具有最低負(fù)載要求。這些部件在額定負(fù)載下效率很高，但在輕載時(shí)效率要低很多，甚至可能低于50％。經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，這些類型DC－DC轉(zhuǎn)換器可以提供高性能和良好的機(jī)構(gòu)額定隔離值，如Murata 公司的2W表面貼裝NXJ2系列。

具有主動(dòng)調(diào)節(jié)功能的DC－DC轉(zhuǎn)換器可以承受輸入和負(fù)載的變化，同時(shí)保持嚴(yán)格的輸出電壓調(diào)節(jié)。2：1的輸入變化曾經(jīng)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，如18－36V，但現(xiàn)在的元器件可用于更廣泛的5：1輸入，甚至更大，如來自BEL Power的CM1901－9RG，該產(chǎn)品適用于具有極端輸入下降和浪涌的電源軌應(yīng)用。

（責(zé)任編輯：fqj）