在電子產(chǎn)品中，我們經(jīng)常需要不同的直流電壓來為電路提供工作，這時候我們便會見到LDO和DC/DC的身影，但是嚴格意義上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，與線性穩(wěn)壓器LDO相比較，效率高是DC/DC的顯著優(yōu)勢。通常效率在70%以上，效率高的可達到95%以上。DC/DC常見三種拓撲結(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）。下面我們就來重點了解一下降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理及選型的幾個重要技術(shù)指標。

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電壓值的電能變?yōu)榱硪粋€電壓值的電能的裝置。如通過一個轉(zhuǎn)換器能將一個直流電壓（12V）轉(zhuǎn)換成其他的直流電壓（3.3V），我們稱這個轉(zhuǎn)換器為降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。

下圖是Buck基礎(chǔ)拓撲電路：

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電壓電路、自舉電路、誤差比較電路、電流檢測電路、欠壓保護電路、軟啟動電路、過溫保護電路等。

DC/DC電路電壓調(diào)節(jié)的基本思路：輸出端通過分壓電阻將輸出電壓采樣到FB(VFB)端，也就是反饋端，與基準電壓對比后通過運放輸出一個電壓，與三角波對比，產(chǎn)生PWM信號，驅(qū)動功率管，實現(xiàn)電壓的閉環(huán)控制。補償端接RC補償電路，實現(xiàn)電路快速穩(wěn)定響應(yīng)。

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

典型的應(yīng)用電路如下圖所示（SSP9451）：

選型參數(shù)

DC/DC選型時首先應(yīng)考慮輸入電壓范圍，輸出負載，效率，成本，開關(guān)頻率是否滿足應(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

考慮實際使用輸入的波動范圍，對照DC/DC器件手冊推薦工作電壓范圍選用，確保不能超過器件規(guī)格。例如SSP9480寬范圍輸入電壓4.5V至85V，可滿足絕大多數(shù)降壓型電源變換的應(yīng)用場景。

• 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)計者選型時首先應(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器件一個重要的參數(shù)，選用時要參考此參數(shù)，并要保留一定的余量，DC/DC的輸出電流參數(shù)的選取需評估后級電路的瞬間峰值電流和發(fā)熱的情況，綜合來確定，并滿足降額要求。

• 紋波噪聲 Ripple

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

• 開關(guān)頻率Switching Frequency

開關(guān)頻率決定了外部電感的選型，開關(guān)頻率越大需要的電感值就相對小一些。外部電感越大，對紋波的抑制作用越好，缺點是不能快速的響應(yīng)負載的變化。且一旦負載發(fā)生變化容易引起EMI問題，在選型時也需要注意。

• 效率 Efficiency

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

同步與異步

同步和異步的區(qū)別從外部來看是同步?jīng)]有續(xù)流的二極管。BUCK的輸出電流分成兩個部分的，一個部分是來自電源，一個部分是來自異步電路中的這個二極管，同步電路把這個二極管用一個內(nèi)置的MOSFET給替代了，但是這個MOSFET的開和關(guān)需要芯片內(nèi)部額外的控制電路來保持和開關(guān)MOSFET的相位關(guān)系。

從性價比、可靠性和高電壓輸出場景表現(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

在輸入開關(guān)電壓時，電感用于為輸出負載提供連續(xù)的電流，大的電感可得到較低的輸出紋波。不過體積會較大、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載電流的30%。同時使峰值電流小于最大開關(guān)電流，在最大電感峰值下不會飽和。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)會變慢，調(diào)整時還要注意穩(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。當使用陶瓷電容,確保他們有足夠的電容值防止輸入過度的電壓紋波。

流過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提供一個低阻抗的電流源來提供MOSFET電流，電容本身的ESL并不大，但是經(jīng)常會有因為輸入電容較遠或者地線較遠引入較大的ESL 在輸入端引起較大的尖峰，導(dǎo)致芯片供電異常或者芯片MOSFET過壓擊穿。

輸出電容

輸出電容器(Cout)用來保持輸出直流電壓。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沖和下降，電容應(yīng)該有較小的ESR和ESL，較大的瞬態(tài)負載變化時需要較大容量的電容作為儲能電容，開關(guān)頻率較高，或者負載變化不大的場合用瓷片電容即可，對于電解電容主要考慮ESR部分的紋波，對于陶瓷電容主要考慮電容紋波。

輸出續(xù)流二極管

當上管開關(guān)關(guān)閉時，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)帶來的損耗，請使用肖特基二極管。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，額定電壓要大于最大輸入電壓，額定電流要大于二級管平均電流。

• BST電容

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

常用DC-DC推薦

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