DC/DC 轉換器是電子設計中常用的電源管理器件，主要用于將直流電壓轉換為另一種直流電壓。《DC/DC 轉換器電路設計與開發》系列分為五篇，將從原理到實踐為大家介紹 DC/DC 轉換器，內容包括其種類、選型、設計、實現和評估。本文為第一篇，將介紹 DC/DC 轉換器的類型以及其中兩種類型轉換器的工作原理。

什么是 DC/DC 轉換器？

DC/DC 轉換器是一種將直流電壓或者電流電平轉換為另一種直流電壓或電流電平的電子設備。下圖 (圖1) 為 DC/DC 轉換器的原理圖，輸入電壓可以通過 DC/DC 轉換器轉換和輸出。此外，為了在電路板上安裝和使用 DC/DC 轉換器，可能需要 MOSFETs、電感器、二極管、電容器和電阻器等外圍元件。相關選型原則將在后續文章中詳細解析。

圖1 DC/DC 轉換器的原理圖

DC/DC 轉換器的類型

根據不同的工作原理和轉換方式，DC/DC 轉換器可以分為降壓 (Buck）、升壓 (Boost) 和升降壓 (Buck-Boost) 等幾種類型。本文的電路設計主要使用了兩種類型的開關穩壓器——降壓型和升壓型，這兩種類型通常也稱為降壓型 DC/DC 轉換器和升壓型 DC/DC 轉換器。兩者的區別顧名思義：將電壓降低到輸入電壓以下的 IC 是降壓型，而提高電壓的 IC 是升壓型。

開關穩壓器的工作原理

差異

雖然降壓型和升壓型都屬于開關穩壓器，但由于電路結構不同，其控制方法也存在差異。電路結構的主要區別在于電感器的位置：

降壓型電路中，電感位于開關元件 (如 MOSFET) 的前端，而升壓型電路中，電感則位于開關元件的后端。電感器具有傳導恒流的特性。當電流流經電感時，它會將電能轉化為磁能存儲；當電流中斷時，磁能又會重新轉化為電能釋放，以此保持電流連續性。開關穩壓器正是利用這種“儲能-釋能”的交替過程，通過控制開關頻率和占空比來實現升壓或降壓功能。

工作原理

降壓型 DC/DC 轉換器

開關穩壓器的工作包括開關導通 (ON) 和關斷 (OFF) 兩種狀態。如下圖 (圖2)、(圖3) 所示，當開關導通 (ON) 時，輸入電流通過開關流向電感器并儲存能量，此時電源直接為負載供電。在開關關斷 (OFF) 的狀態下，電源與電路斷開連接。在此過程中，電感器釋放儲存的能量，繼續維持負載電流。通過在這兩個動作之間交替切換，可以將輸入電壓降至任何電平和輸出。此外，輸出電壓通過輸出電容器進行平滑處理，因此可以保持恒定電壓。

圖2 開關導通時 降壓型 DC/DC 轉換器的電路結構

圖3 開關關斷時 降壓型 DC/DC 轉換器的電路結構

升壓型 DC/DC 轉換器

與降壓型一樣，升壓型以導通 (ON) 和關斷 (OFF) 兩種狀態工作。當開關導通時，電流通過電感流向開關，能量存儲在電感中。當開關關斷時，電感器可以通過將儲存的能量與電源一起提供來產生高于輸入電壓的電壓，以試圖維持電流。 如上所述，升壓型在開關 ON 和 OFF 狀態下，電源繼續向電感器供電，由于在 OFF 狀態下可以產生更高的電壓，因此可以將輸入電壓升壓到任意水平并輸出。

圖4 開關導通時 升壓 DC/DC 轉換器的電路結構

圖5 開關關斷時 升壓型 DC/DC 轉換器的電路結構

這樣，同一開關穩壓器根據電路配置 (尤其是電感和開關的位置) 以不同的方式工作。另外，一些開關穩壓器包括可以同時執行降壓和升壓性能的升降壓 IC，以及可以輸出負電壓的反相 IC。

總結

本文主要為大家介紹了DC/DC 轉換器的類型——降壓 (Buck）、升壓 (Boost) 和升降壓 (Buck-Boost）。另外還介紹了降壓型和升壓型 DC/DC 轉換器的差異和工作原理。在下一篇文章中，我們將介紹關于 DC/DC 轉換器和外圍元件的選型要點，幫助工程師避免常見的設計錯誤。