在電子產(chǎn)品中，我們經(jīng)常需要不同的直流電壓來(lái)為電路提供工作，這時(shí)候我們便會(huì)見(jiàn)到LDO和DC/DC的身影，但是嚴(yán)格意義上LDO也是一種DC/DC，在電源芯片選型中，LDO和DC/DC則是兩種完全不同的芯片，與線(xiàn)性穩(wěn)壓器LDO相比較，效率高是DC/DC的顯著優(yōu)勢(shì)。通常效率在70%以上，效率高的可達(dá)到95%以上。DC/DC常見(jiàn)三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為Buck（降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器），Boost（升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器），Buck-Boost（升降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器）。下面我們就來(lái)重點(diǎn)了解一下降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理及選型的幾個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。

原理介紹

DC/DC指直流轉(zhuǎn)直流電源（Direct Current），是一種在直流電路中將一個(gè)電壓值的電能變?yōu)榱硪粋€(gè)電壓值的電能的裝置。如通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)換器能將一個(gè)直流電壓（12V）轉(zhuǎn)換成其他的直流電壓（3.3V），我們稱(chēng)這個(gè)轉(zhuǎn)換器為降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。

下圖是Buck基礎(chǔ)拓?fù)潆娐罚?img src="https://file1.elecfans.com//web2/M00/9D/1E/wKgaomTn39qARwvwAAAX0spyDlw660.png" alt="a7c14f60-47b0-11ed-b116-dac502259ad0.png" />

降壓式（Buck）變換器是一種輸出電壓小于等于輸入電壓的非隔離直流變換器。Buck變換器的主電路由開(kāi)關(guān)管Q，二極管D，輸出濾波電感L和輸出濾波電容C構(gòu)成。

Buck電路特征：

? 輸出電壓≤輸入電壓

? 輸入電流斷續(xù)

? 輸出電流連續(xù)

? 需要輸出濾波電感L和輸出濾波電容C

實(shí)際DC/DC芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下所示（SSP9451）：

DC/DC內(nèi)部包括的模塊一般有基準(zhǔn)電壓電路、自舉電路、誤差比較電路、電流檢測(cè)電路、欠壓保護(hù)電路、軟啟動(dòng)電路、過(guò)溫保護(hù)電路等。

DC/DC電路電壓調(diào)節(jié)的基本思路：輸出端通過(guò)分壓電阻將輸出電壓采樣到FB(VFB)端，也就是反饋端，與基準(zhǔn)電壓對(duì)比后通過(guò)運(yùn)放輸出一個(gè)電壓，與三角波對(duì)比，產(chǎn)生PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率管，實(shí)現(xiàn)電壓的閉環(huán)控制。補(bǔ)償端接RC補(bǔ)償電路，實(shí)現(xiàn)電路快速穩(wěn)定響應(yīng)。

在討論DC/DC轉(zhuǎn)換器的性能時(shí)，如果單針對(duì)控制芯片，是不能判斷其優(yōu)劣的。其外圍電路的元器件特性、PCB板的布線(xiàn)方式等，能改變電源電路的性能，因此，應(yīng)進(jìn)行綜合判斷。

典型的應(yīng)用電路如下圖所示（SSP9451）：

選型參數(shù)

DC/DC選型時(shí)首先應(yīng)考慮輸入電壓范圍，輸出負(fù)載，效率，成本，開(kāi)關(guān)頻率是否滿(mǎn)足應(yīng)用，特殊的應(yīng)用還需要考慮靜態(tài)功耗（如手持設(shè)備），待機(jī)功耗等等，另外DC/DC電路還分同步整流和異步整流兩種工作方式。

• 輸入電壓范圍 Input Voltage

考慮實(shí)際使用輸入的波動(dòng)范圍，對(duì)照DC/DC器件手冊(cè)推薦工作電壓范圍選用，確保不能超過(guò)器件規(guī)格。例如SSP9480寬范圍輸入電壓4.5V至85V，可滿(mǎn)足絕大多數(shù)降壓型電源變換的應(yīng)用場(chǎng)景。

• 輸出電壓 Vout

輸出電壓是DC/DC很重要的參數(shù)，也是電子設(shè)備設(shè)計(jì)者選型時(shí)首先應(yīng)考慮的參數(shù)。DC/DC有固定輸出電壓和可調(diào)輸出電壓兩種類(lèi)型。

• 最大輸出電流 Max Current

持續(xù)的輸出電流能力是DC/DC器件一個(gè)重要的參數(shù)，選用時(shí)要參考此參數(shù)，并要保留一定的余量，DC/DC的輸出電流參數(shù)的選取需評(píng)估后級(jí)電路的瞬間峰值電流和發(fā)熱的情況，綜合來(lái)確定，并滿(mǎn)足降額要求。

• 紋波噪聲 Ripple

DC/DC器件采用開(kāi)關(guān)電源方式對(duì)電感電容充放電，會(huì)造成EMI（電磁輻射/干擾）和電源紋波較大問(wèn)題。DC/DC器件開(kāi)關(guān)動(dòng)作也會(huì)引起的EMI（電磁輻射/干擾）或噪音問(wèn)題。同時(shí)要求關(guān)注輕載和重載紋波，若DC/DC器件的紋波較大，會(huì)直接影響器件的轉(zhuǎn)換效率，影響系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，發(fā)熱量偏高，使整個(gè)系統(tǒng)的功耗偏大。

• 開(kāi)關(guān)頻率Switching Frequency

開(kāi)關(guān)頻率決定了外部電感的選型，開(kāi)關(guān)頻率越大需要的電感值就相對(duì)小一些。外部電感越大，對(duì)紋波的抑制作用越好，缺點(diǎn)是不能快速的響應(yīng)負(fù)載的變化。且一旦負(fù)載發(fā)生變化容易引起EMI問(wèn)題，在選型時(shí)也需要注意。

• 效率 Efficiency

DC/DC器件具有較高的轉(zhuǎn)換效率，一般能夠達(dá)到90%以上，在大功率電源轉(zhuǎn)化中不會(huì)造成過(guò)大熱能損耗和散熱問(wèn)題。同時(shí)要關(guān)注輕載和重載兩種情況，輕載會(huì)影響待機(jī)功率，重載影響溫升。

同步與異步

同步和異步的區(qū)別從外部來(lái)看是同步?jīng)]有續(xù)流的二極管。BUCK的輸出電流分成兩個(gè)部分的，一個(gè)部分是來(lái)自電源，一個(gè)部分是來(lái)自異步電路中的這個(gè)二極管，同步電路把這個(gè)二極管用一個(gè)內(nèi)置的MOSFET給替代了，但是這個(gè)MOSFET的開(kāi)和關(guān)需要芯片內(nèi)部額外的控制電路來(lái)保持和開(kāi)關(guān)MOSFET的相位關(guān)系。

從性?xún)r(jià)比、可靠性和高電壓輸出場(chǎng)景表現(xiàn)，優(yōu)先選擇異步BUCK電路。從功耗、效率和非連續(xù)工作場(chǎng)景噪聲表現(xiàn)，優(yōu)先選擇同步BUCK電路。

外圍器件選擇要求

• 設(shè)定輸出電壓

輸出電壓由接到FB端的輸出電壓的分壓器的電壓設(shè)定，反饋的分壓比公式：

VFB=VOUT*R1/(R1+R2)

不同的DC/DC芯片，F(xiàn)B電壓是不一樣的，分壓電阻最好選用高精度電阻。

• 電感

在輸入開(kāi)關(guān)電壓時(shí)，電感用于為輸出負(fù)載提供連續(xù)的電流，大的電感可得到較低的輸出紋波。不過(guò)體積會(huì)較大、大的串聯(lián)電阻和較低的飽和電流。

通常，電感的選擇是電感中電流峰峰值為最大負(fù)載電流的30%。同時(shí)使峰值電流小于最大開(kāi)關(guān)電流，在最大電感峰值下不會(huì)飽和。L1可按照以下公式推算:

電感量可以調(diào)整，電感較大，效率較高，但是響應(yīng)會(huì)變慢，調(diào)整時(shí)還要注意穩(wěn)定性。

• 輸入電容

輸入電容器(Cin)可以是電解、鉭或陶瓷電容。同時(shí)需用一小的陶瓷電容器，例如0.1uF就近放置在芯片的輸入管腳。當(dāng)使用陶瓷電容,確保他們有足夠的電容值防止輸入過(guò)度的電壓紋波。

流過(guò)DC/DC芯片內(nèi)部的MOSFET的電流Isw是不連續(xù)，輸入電容的作用是用來(lái)提供一個(gè)低阻抗的電流源來(lái)提供MOSFET電流，電容本身的ESL并不大，但是經(jīng)常會(huì)有因?yàn)檩斎腚娙葺^遠(yuǎn)或者地線(xiàn)較遠(yuǎn)引入較大的ESL 在輸入端引起較大的尖峰，導(dǎo)致芯片供電異?；蛘咝酒琈OSFET過(guò)壓擊穿。

輸出電容

輸出電容器(Cout)用來(lái)保持輸出直流電壓。推薦采用低ESR的電解電容器以保持低的輸出電壓紋波。輸出電容器的特性會(huì)影響穩(wěn)壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

要保持較小的輸出電壓的過(guò)沖和下降，電容應(yīng)該有較小的ESR和ESL，較大的瞬態(tài)負(fù)載變化時(shí)需要較大容量的電容作為儲(chǔ)能電容，開(kāi)關(guān)頻率較高，或者負(fù)載變化不大的場(chǎng)合用瓷片電容即可，對(duì)于電解電容主要考慮ESR部分的紋波，對(duì)于陶瓷電容主要考慮電容紋波。

輸出續(xù)流二極管

當(dāng)上管開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，輸出二極管為電感電流續(xù)流。為減少二極管正向?qū)妷汉头聪蚧謴?fù)帶來(lái)的損耗，請(qǐng)使用肖特基二極管。流經(jīng)二極管的平均電流可根據(jù)以下公式估算出：

選擇二極管時(shí)，額定電壓要大于最大輸入電壓，額定電流要大于二級(jí)管平均電流。

• BST電容

BST電容是自舉電路的儲(chǔ)能電容，用于上管的驅(qū)動(dòng)。通常在10nf~1uf之間，常見(jiàn)100nf。BST電容失效，芯片會(huì)過(guò)熱或者不能工作。

常用DC-DC推薦

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