一.概念及特點

1概念

DC-DC指直流轉直流電源（Direct Current）。是一種在直流電路中將一個電壓值的電能變為另一個電壓值的電能的裝置。如，透過一個轉換器能將一個直流電壓（5。0V）轉換成其他的直流電壓（1。5V或12。0V），我們稱這個轉換器為DC-DC轉換器，或稱之為開關電源或開關調整器。

DC-DC轉換器一般由控制晶片，電感線圈，二極體，三極體，電容器構成。在討論DC-DC轉換器的效能時，如果單針對控制晶片，是不能判斷其優劣的。其外圍電路的元器件特性，和基板的佈線方式等，能改變電源電路的效能，因此，應進行綜合判斷。

DC-DC轉換器的使用有利於簡化電源電路設計，縮短研製週期，實現最佳指標等，被廣泛用於電力電子、軍工、科研、工控裝置、通訊裝置、儀器儀表、交換裝置、接入裝置、移動通訊、路由器等通訊領域和工業控制、汽車電子、航空航天等領域。具有可靠性高、系統升級容易等特點，電源模組的應用越來越廣泛。此外，DC-DC轉換器還廣泛應用於手機、MP3、數碼相機、行動式媒體播放器等產品中。在電路型別分類上屬於斬波電路。

2特點

其主要特點是效率高：與線性穩壓器的LDO相比較，效率高是DCDC的顯著優勢。通常效率在70%以上，效率高的可達到95%以上。其次是適應電壓範圍寬。

A: 調製方式

1： PFM（脈衝頻率調製方式）

開關脈衝寬度一定，透過改變脈衝輸出的頻率，使輸出電壓達到穩定。PFM控制型即使長時間使用，尤其小負載時具有耗電小的優點。

2： PWM（脈衝寬度調製方式）

開關脈衝的頻率一定，透過改變脈衝輸出寬度，使輸出電壓達到穩定。PWM控制型效率高並具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。

B: 通常情況下

採用PFM和PWM這兩種不同調制方式的DC-DC轉換器的效能不同點如下。

PWM的頻率，PFM的佔空比的選擇方法。PWM/PFM轉換型小負載時實行PFM控制，且在重負載時自動轉換到PWM控制。

二.架構分類

1 常見的三種原理架構

A、 Buck（降壓型DC/DC轉換器）

圖1

B、Boost（升壓型DC/DC轉換器）

圖2

C、Buck-Boost（升降壓型DC/DC轉換器）

圖3

2 Buck電路工作原理詳解

圖4

伏秒平衡原則：

處於穩定狀態的電感，電感兩端的正伏秒積等於負伏秒積，即：電感兩端的伏秒積在一個開關週期內必須平衡。

當開關導通時：

輸入電壓Vin加到LC濾波器的輸入端，電感上的電流以固定斜率線性上升。

圖5

當開關關斷時：

由於電感上的電流不能突變，電感中儲存的能量向負載釋放，電感電流透過二極體續流 ，在這個階段，電流波形是一條斜率為負的斜線。如下圖

圖6

三.設計技巧及主要技術引數選用要求

DC-DC電路設計至少要考慮以下條件：

A。外部輸入電源電壓的範圍，輸出電流的大小。

B。 DC-DC輸出的電壓，電流，系統的功率最大值。

1輸入/輸出電壓

要按照器件的推薦工作電壓範圍選用，並且要考慮實際電壓的波動範圍，確保不能超出器件規格。

2輸出電流

器件持續的輸出電流能力是一個重要的引數，選用時要參考此引數，並要保留一定的餘量。

此引數的選取還要評估電路的瞬間峰值電流和發熱的情況，綜合來確定，並滿足降額要求。

3紋波

紋波是衡量電路的輸出電壓波動的重要引數。要關注輕載和過載紋波，一般輕載紋波要大。注意核電等場合下輕載紋波是否會超出要求。實際測試下各種場景負載下的情況。通常選用示波器20M頻寬來測試。

4效率

要同時關注輕載和過載兩種情況。輕載會影響待機功率，過載影響溫升。通常看12V輸入，5V輸出下10mA的效率，一般要80%以上。

5瞬態響應

瞬態響應特性反應負載劇烈變化時系統是否能及時調整以保證輸出電壓的穩定。要求輸出電壓波動越小越好，一般按峰峰值10%以下要求。

實際要注意按推薦值選用反饋電容。常見取值在22p到120pF。

圖7

6開關頻率

常用的開關頻率多數在500kHz以上。較高的開關頻率1。2M到2M的也有，由於頻率高開關損耗增加IC散熱設計要好，故主要集中在5V低壓輸入小電流的產品。開關頻率關係到電感電容的選用，其它如EMC，輕載下噪音等問題也與之有關。

7反饋參考電壓及精度

反饋電壓要與內部的參考電壓相比較，配合外部的反饋分壓電阻，輸出不同電壓。不同產品的參考電壓會有不同，如0。6~0。8V，替換時注意調整反饋電阻。

反饋電阻要選用1%精度，只要根據廠家推薦來選，一般不要選的過大，以免影響穩定性。

參考電壓精度影響輸出準確度，常見精度在2%以下，如1%~1。5%，精度高的產品成本會有差別。根據需要選擇。

8線性穩定度和負載穩定度

線性穩定度反應輸入電壓變化輸出電壓穩定性。負載穩定度反應輸出負載變化輸出電壓穩定性。一般要求1%，最大不要超3%。

9EN電平

EN高低電平要滿足器件規格要求，有些IC不能超出特定電壓範圍；電阻分壓時注意滿足及時關斷，並且考慮電壓波動最大範圍內要滿足。

由於時序控制的需要，該引腳會增加電容，為了電平調節和關斷放電，同時要有對地電阻。

10保護效能

要有過流保護OCP，過熱保護OTP等，並且保護後條件消失能自恢復。

11其它

要求有軟啟動；熱阻和封裝；使用溫度範圍要能覆蓋高低溫等。

四.器件選型一般原則

✔ 普遍性

✔ 高性價比

✔ 易採購生命週期長

✔ 相容和可替代

✔ 資源節約

✔ 降額

✔ 易生產和歸一化

五.外圍器件選擇的要求

1輸入電容

要滿足耐壓和輸入紋波的要求。一般耐壓要求1。5~2倍以上輸 入電壓。注意瓷片電容的實際容量會隨直流電壓的偏置影響而減少。

2輸出電容

要滿足耐壓和輸出紋波的要求。一般耐壓要求1。5~2倍

紋波和電容的關係：

3BST電容

按照規格書推薦值。一般0。1uF-1uF。耐壓一般要高於輸入電壓。

4電感

不同輸出電壓的要求電感量不同；注意溫升和飽和電流要滿足餘量要求，一般最大電流的1。2倍以上（或者電感的飽和電流必須大於最大輸出電流＋0。5*電感紋波電流）。通常選擇合適的電感值L，使ΔIL佔輸出電流的30% to 50%。計算公式：

5VCC電容

按規格書 要求取值，不能減小，也不要太大，注意耐壓。

6反饋電容

按規格書 要求取值，不同廠家晶片取值不同，輸出電壓不同也會有不同的要求。

7反饋電阻和EN分壓電阻

要求按規格書取值，精度1%。

六.PCB設計要求

1。輸入電容就近放在晶片的輸入Vin和功率的PGND，減少寄生電感的存在，因為輸入電流不連續，寄生電感引起的噪聲對晶片的耐壓以及邏輯單元造成不良影響 。電容地端增加過孔，減少阻抗。

2。功率迴路儘可能的短粗，保持較小的環路面積，較少噪聲輻射。SW是噪聲源，保證電流的同時保持儘量小的面積，遠離敏感的易受干擾的位置。如，電感靠近SW引腳，遠離反饋線。輸出電容靠近電感，地端增加地過孔。

3。 VCC電容應就近放置在晶片的VCC管腳和晶片的訊號地之間，儘量在一層，不要有過孔。

4。FB是晶片最敏感，最容易受干擾的部分，是引起系統不穩定的最常見原因 。

1）FB電阻連線到FB管腳儘可能短，靠近IC放置，減少噪聲的耦合；FB下分壓電阻通常接訊號地AGND；

2）遠離噪聲源，SW點，電感，二極體（非同步buck）；FB走線包地；

3）大電流負載的FB在負載遠端取，反饋電容走線要就近取。

5。BST的電容走線儘量短，不要太細。

6。晶片散熱要按設計要求，儘量在底下增加過孔散熱。

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