隨著電子產品功能日趨豐富、架構越發復雜，其電源系統的設計挑戰也越來越大。為了給系統中各個組件提供精準、穩定的供電，確保其可靠地工作，開發者需要將來自總電源的電能轉換為不同的電壓軌，同時還要滿足效率、體積和EMI等方面嚴苛的要求。所有這些努力，都需要不斷發展的電源管理器件提供助力。

聚焦到應用極為廣泛的DC-DC電壓轉換領域，常見的三種架構包括降壓型、升壓型和升壓降壓型轉換，其中又以降壓型轉換的應用場景更為普遍，因此開發者在這方面日常面對的開發和選型課題也更多。

降壓型轉換的技術考量

眾所周知，在降壓型轉換方面LDO和降壓DC-DC轉換器是兩種主流的電源管理器件。

其中，LDO采用的是線性調節電壓方式，即通過對輸入電壓進行降壓處理，將電壓降至所需的輸出電壓水平，其特點是架構簡單（通常只包括基準參考電壓源、誤差放大器、分壓取樣電阻以及調整元件）、PCB占板面積小、紋波小、噪聲低；不過，由于其采用的是功率耗散方式，即直接降低電壓以形成所需的電壓差，因此功耗較大、效率相對較低，主要適用于一些低壓差、小電流（功率）、噪聲敏感型的場景。

降壓DC-DC轉換器采用的是開關穩壓器的架構，其原理是將輸入電源的直流電壓轉換為一定頻率的交流電壓，然后經過變壓器、電感器、濾波電容等組件的處理，轉換為所需的直流輸出電壓水平。相較于LDO，這種通過高頻開關來實現電力轉換的方式，突出的優勢是功耗較小，效率更高；同時，其還可以針對更多樣的輸入電壓和負荷條件進行調節，支持更大的功率輸出，滿足更復雜的電路系統要求。

由此可見，面對當今日趨復雜的電子產品，特別是高輸入電壓、大電流和高性能的設計需求，降壓DC-DC轉換器肯定是不可或缺的存在。在復雜系統中，通常是將降壓DC-DC作為主降壓器件，后接LDO進行精細調節。

不過所謂“尺有所短、寸有所長”，降壓DC-DC轉換器也有一些“先天的短板”，比如：器件架構較復雜，需要外圍元件，因此PCB面積較大，成本也較高；紋波較大，開關噪聲大，電路設計較復雜。

這也就意味著，在做降壓DC-DC轉換器的選型和開發時，電源工程師需要全面地評估相關電源管理器件的性能，以便在系統設計時揚長避短，實現更優的解決方案。

表1：LDO和降壓DC-DC轉換器比較

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具體來講，在進行降壓DC-DC轉換器選型時，除了要了解輸入電壓范圍、輸出電壓/電流、效率、開關頻率等核心參數外，針對一些特定的應用，還需要考量靜態電流（Iq）、關斷電流、散熱、噪聲等特性，以更好地滿足設計所需。

輸入電壓范圍

此參數明確了降壓DC-DC轉換器實際使用時輸入電壓的波動范圍，較寬的輸入電壓意味著器件具有更廣的應用場景、更強的適應性和更大的設計靈活性。

輸出電壓

通常包括固定輸出電壓和可調輸出電壓兩種類型的器件，需要根據實際應用進行選擇。同時，也需要關注輸出電壓精度，及其在不同工作溫度、輸入電壓和負載電流條件下的變化。

輸出電流

持續的輸出電流能力是降壓DC-DC轉換器的一個重要參數，也決定了其支持的功率水平，設計時需要根據此參數保留一定的余量，以避免器件超負荷工作。

效率

這無疑是電源系統設計時極關鍵的指標之一。值得一提的是，效率的提升要同時關注輕載和重載兩種情況——輕載效率會影響待機功率，重載效率會影響溫升。降壓DC-DC轉換器通常會通過在輕載和重載時采用不同的電源轉換工作模式，來實現全負載范圍的高效率。

紋波噪聲

DC-DC轉換器的開關動作以及對電感電容充放電，會造成較大的EMI噪聲和電源紋波。較大的紋波，會影響器件的轉換效率和功耗，造成系統工作不穩定、發熱量偏高，并會干擾高速、高精度數據采集等噪聲敏感型應用。

開關頻率

較高的開關頻率有利于在外部電感、電容等元件選型時，使用體積更小的元件，以節省PCB面積。但開關頻率的提高也可能會在功耗和噪聲方面帶來負面影響，需要仔細權衡。

負載調整率

該特性反映了電源負載的變化對電源輸出電壓的影響，好的電源管理解決方案負載變化引起的輸出變化顯然更小，輸出也更穩定。

保護功能

降壓DC-DC轉換器內部集成過流保護、短路保護和熱關斷等保護功能，使其無需額外的外部保護電路，也可以保障器件的安全可靠工作。

封裝和散熱

既要封裝尺寸小，又要散熱性能好——能夠兼顧這兩項看似相互矛盾的設計需求的降壓DC-DC轉換器，自然具有更顯著的優勢。

顯而易見，想要在降壓DC-DC轉換器選型時充分考量上述這些技術要素，并在系統設計時合理地決策、巧妙地權衡，十分考驗硬件工程師的功力，也會耗費其不少的時間和精力。

NEX40400同步降壓轉換器

幸運的是，Nexperia通過不斷的技術迭代和優化，將以往需要在系統設計層面面對的設計難題，在器件設計層面就解決了，從而開發出了綜合性能表現十分出色的降壓DC-DC轉換器產品。

NEX40400同步降壓轉換器就是Nexperia新近推出的一款具有出眾的高效率、超低Iq、寬輸入等優異特性的產品。

圖1：NEX40400同步降壓轉換器（圖源：Nexperia）

NEX40400具有4.5V至40V的寬輸入電壓范圍，適用于工業和汽車行業中各種電源降壓應用，如12V和24V軌的輸入應用，其輸出電壓精度為1%，連續輸出電流高達600mA。

通過采用PFM（脈沖頻率調制）方式，NEX40400通過在輕載條件下降低開關頻率，減少開關損耗，實現更高的效率——其在中低負載條件下的效率比同類產品高約8%。頻率折返技術有助于防止啟動時電感電流失控，并使轉換器不論是在高轉換比還是低壓差情況下，都能夠可靠運行。

超低的工作靜態電流Iq是NEX40400另一大特色，其待機電流僅為60μA，關機電流更是低至0.3μA，這使其非常適合電池供電類應用。

NEX40400的固定開關頻率為1.05MHz和2.1MHz，通過采用擴頻技術有效降低了EMI，提升了其噪聲特性。強制PWM（FPWM）選項還有助于降低器件的輸出紋波。

NEX40400還提供一系列IC保護功能，如過流保護、短路保護和熱關斷，確保在嚴苛環境中實現高可靠性。

此外，在封裝方面，NEX40400采用經濟高效的6引腳SOT8061-1（TSOT23-6）表面貼裝塑料封裝，尺寸僅為2.9mm x 1.6mm，且具有良好的散熱性能。

圖2：NEX40400同步降壓轉換器功能框圖（圖源：Nexperia）

綜合上述這些特點，NEX40400非常適合工業配電系統、電網基礎設施（如智能電子式電表），以及白色家電和電池供電消費電子產品。據悉，Nexperia還計劃在2025年下半年發布符合AEC-Q100標準的NEX40400版本，將其應用版圖擴展至車身電子和照明、車載信息娛樂系統、ADAS以及儀表盤、攝像頭和顯示器等汽車應用。

圖3：NEX40400典型應用電路（圖源：Nexperia）

本文小結

作為應用極為廣泛的電源管理器件，降壓DC-DC轉換器一直在通過技術進步，強化自身的優勢，彌補性能短板，以滿足日益多樣化的應用所需。

Nexperia的NEX40400同步降壓轉換器，無疑就是其中一款綜合了諸多先進技術的優秀解決方案，各個方面的性能表現都可圈可點，可謂是降壓DC-DC轉換器中的“六邊形戰士”，能夠為電源系統的設計帶來更大的靈活性！