01

什么是DCDC

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（5.0V）轉(zhuǎn)換成其他的直流電壓（1.5V或12.0V），我們稱(chēng)這個(gè)轉(zhuǎn)換器為DC-DC轉(zhuǎn)換器，或稱(chēng)之為開(kāi)關(guān)電源或開(kāi)關(guān)調(diào)整器。

常見(jiàn)的DCDC電路有buck、boost、buck-boost、Charge pump分別是降壓、升壓、降壓升壓、降壓電路

02

DC-DC簡(jiǎn)述原理：

其實(shí)內(nèi)部是先把DC直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟婋娫?a target="_blank">AC。通常是一種自激震蕩電路，所以外面需要電感等分立元件。

然后在輸出端再通過(guò)積分濾波，又回到DC電源。由于產(chǎn)生AC電源，所以可以很輕松的進(jìn)行升壓跟降壓。兩次轉(zhuǎn)換，必然會(huì)產(chǎn)生損耗，這就是大家都在努力研究的如何提高DC-DC效率的問(wèn)題。

03

調(diào)制方式

1: PFM（脈沖頻率調(diào)制方式）

開(kāi)關(guān)脈沖寬度一定，通過(guò)改變脈沖輸出的頻率，使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定。PFM控制型即使長(zhǎng)時(shí)間使用，尤其小負(fù)載時(shí)具有耗電小的優(yōu)點(diǎn)。

2: PWM（脈沖寬度調(diào)制方式）

開(kāi)關(guān)脈沖的頻率一定，通過(guò)改變脈沖輸出寬度，使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定。PWM控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。

通常情況下，采用PFM和PWM這兩種不同調(diào)制方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器的性能不同點(diǎn)如下：

PWM的頻率，PFM的占空比的選擇方法。PWM/PFM轉(zhuǎn)換型小負(fù)載時(shí)實(shí)行PFM控制，且在重負(fù)載時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到PWM控制。

04

架構(gòu)分類(lèi)

1.Buck電路工作原理

當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)：輸入電壓Vin加到LC濾波器的輸入端，二極管D反向截止，虛線所示回路導(dǎo)通。電感上的電流以固定斜率線性上升，電感儲(chǔ)能。

當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)：由于電感上的電流不能突變，電感中存儲(chǔ)的能量向負(fù)載釋放,電感電流通過(guò)二極管續(xù)流 ，在這個(gè)階段，電流波形是一條斜率為負(fù)的斜線。

2.Boost電路工作原理

升壓(Boost)斬波電路的工作原理：假定那個(gè)開(kāi)關(guān)（三極管或者mos管）已經(jīng)斷開(kāi)了很長(zhǎng)時(shí)間，所有的元件都處于理想狀態(tài)，電容電壓等于輸入電壓。

在充電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)閉合（三極管導(dǎo)通），等效電路如下圖，開(kāi)關(guān)（三極管）處用導(dǎo)線代替。這時(shí)，輸入電壓流過(guò)電感。二極管防止電容對(duì)地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個(gè)比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲(chǔ)存了一些能量。

放電過(guò)程如下圖，這是當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（三極管截止）時(shí)的等效電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（三極管截止）時(shí)，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會(huì)馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)?。而原來(lái)的電路已斷開(kāi)，于是電感只能通過(guò)新電路放電，即電感開(kāi)始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。

說(shuō)起來(lái)升壓過(guò)程就是一個(gè)電感的能量傳遞過(guò)程。充電時(shí)，電感吸收能量，放電時(shí)電感放出能量。如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過(guò)程中保持一個(gè)持續(xù)的電流。如果這個(gè)通斷的過(guò)程不斷重復(fù)。就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。

3.BUCK-BOOST電路工作原理

BUCK-BOOST電路是一種常用的DC/DC變換電路，其輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓，但輸出電壓的極性與輸入電壓相反。

當(dāng)功率管Q1閉合時(shí)，電流的流向見(jiàn)圖2左側(cè)圖。輸入端，電感L1直接接到電源兩端，此時(shí)電感電流逐漸上升。導(dǎo)通瞬態(tài)時(shí)di/dt很大，故此過(guò)程中主要由輸入電容CIN供電。輸出端，COUT依靠自身的放電為RL提供能量。

當(dāng)功率管Q1關(guān)斷時(shí)，電流的流向見(jiàn)圖2右側(cè)圖。輸入端VIN給輸入電容充電。輸出端，由于電感的電流不能突變，電感通過(guò)續(xù)流管D1給輸出電容COUT及負(fù)載RL供電。

05

什么是LDO

LDO 是一種線性穩(wěn)壓器，使用在其飽和區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管（FET），從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內(nèi)所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。（常見(jiàn)的LDO芯片7805，1117）

06

LDO簡(jiǎn)述原理：

大致的工作原理就是：參考電壓Vref和反饋電壓FB（VOUT通過(guò)兩個(gè)電阻分壓）分別接在誤差放大器的反向和正向端，然后輸出誤差量，再通過(guò)MOS drive調(diào)整輸出電壓大小，達(dá)到輸出穩(wěn)定。當(dāng)輸出電壓增大時(shí)，F(xiàn)B增大，放大器輸出電壓增加，PMOS管的G極電壓增大，Usg減小，PMOS的輸出電流和電壓較小，形成了一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。

LDO電源基本由三大模塊組成：調(diào)整電路模塊、反饋電路模塊、誤差放大模塊

反饋模塊：經(jīng)R1上的分壓對(duì)LDO輸出電壓進(jìn)行采集；R1與R2電阻誤差為1%；

誤差放大模塊：將采集到的電壓信號(hào)輸入到比較器的反向端與正向端電壓（實(shí)際想穩(wěn)壓輸出的電壓）進(jìn)行比較，再將比較結(jié)果進(jìn)行放大；有的LDO內(nèi)部為節(jié)省器件面積，沒(méi)有對(duì)Vref進(jìn)行濾波處理，在這種請(qǐng)況下就需要在Vref引腳上10微法電容保證其低噪聲和低紋波的輸入；

調(diào)整模塊：比較器輸出的放大信號(hào)輸入到MOS管的門(mén)級(jí)，使MOS管調(diào)整自身的導(dǎo)通壓降，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的電壓進(jìn)行調(diào)整；其內(nèi)部MOS管工作線性區(qū)。

07

架構(gòu)分類(lèi)

1.PMOS LDO

常見(jiàn)的LDO是由P管構(gòu)成的，由于LDO效率比較低，因此一般不會(huì)走大電流。

2.NMOS LDO

針對(duì)某些大電流低壓差需求的場(chǎng)合，NMOS LDO應(yīng)運(yùn)而生。

3.傳統(tǒng)PNP LDO

正輸出電壓的LDO（低壓降）穩(wěn)壓器通常使用功率晶體管（也稱(chēng)為傳遞設(shè)備）作為 PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩(wěn)壓器可以有一個(gè)非常低的壓降電壓，通常為 200mV 左右。

4.傳統(tǒng)NPN LDO

使用 NPN 復(fù)合電源晶體管的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的壓降為 2V 左右。負(fù)輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設(shè)備，其運(yùn)行模式與正輸出 LDO 的 PNP設(shè)備類(lèi)似。

08

LDO和DCDC各自的優(yōu)缺點(diǎn)

LDO外圍器件少，電路簡(jiǎn)單，成本低，通常只需要一兩個(gè)旁路電容；

DC-DC外圍器件多，電路復(fù)雜，成本高；

LDO負(fù)載響應(yīng)快，輸出紋波小；

DC-DC負(fù)載響應(yīng)比LDO慢，輸出紋波大；

LDO效率低，輸入輸出壓差不能太大；

DC-DC效率高，輸入電壓范圍寬泛；

LDO只能降壓；

DC-DC支持降壓和升壓；

LDO和DC-DC的靜態(tài)電流都小，根據(jù)具體的芯片來(lái)看；

LDO輸出電流有限，最高可能就幾A，且達(dá)到最高輸出和輸入輸出電壓都有關(guān)系；

DC-DC輸出電流高，功率大；

LDO噪聲小；

DC-DC開(kāi)關(guān)噪聲大，為了提高開(kāi)關(guān)DC-DC的精度，很多應(yīng)用會(huì)在DC-DC后端接LDO；

LDO分為可調(diào)和固定型；

DC-DC一般都是可調(diào)型，通過(guò)FB反饋電阻調(diào)節(jié)；

審核編輯：劉清