硬知識---DC-DC轉(zhuǎn)換器基本原理及選型

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)電壓值得電能的裝置。如：通過一個(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），我們稱這個(gè)轉(zhuǎn)換器為DC-DC轉(zhuǎn)換器，或稱之為開關(guān)電源或開關(guān)調(diào)整器。

一、DC-DC有三種常見的三種原理架構(gòu)：

1、Buck（降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器）

2、Boost（升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器）

3、Buck-Boost（升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器）

二、DC-DC轉(zhuǎn)換器一般由控制芯片，電感線圈，二極管，三極管，電容器構(gòu)成。

三、DC-DC芯片選型主要參數(shù)參考

1.DC/DC選型時(shí)首先應(yīng)考慮輸入輸出電壓，輸出負(fù)載，效率，成本，封裝，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(jī)功耗等等。

2.輸入電壓范圍 (Input Voltage)

考慮實(shí)際使用輸入的電壓波動范圍，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。

3.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(jì)者選型時(shí)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。

4.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(gè)重要的參數(shù)，選用時(shí)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（一般滿足80%降額，即若實(shí)際需要2A則至少應(yīng)選擇2.5A及以上電流輸出能力的DCDC）。

5.紋波噪聲 (Ripple)

DC/DC器件開關(guān)動作以及對電感電容充放電，都會造成EMI（電磁輻射/干擾）和電源紋波較大問題。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(gè)系統(tǒng)的功耗偏大。

關(guān)于紋波能達(dá)到的指標(biāo)取決于電源本身的設(shè)計(jì)，同時(shí)需要考慮電源系統(tǒng)帶負(fù)載的實(shí)際需求，即要關(guān)注輕載和重載紋波。電源每路輸出負(fù)載的紋波值與該路的電流值有關(guān)系，電源在輕載下紋波一般是不會超標(biāo)的。DCDC電源紋波一般應(yīng)該在200mV至50mV以下，滿載不能超過該范圍。

在實(shí)際使用中，大部分要求高的數(shù)字芯片為5%的紋波要求，小信號的模擬電路，對電源紋波要求非常高，一般要求在50mV甚至更低，此時(shí)可能需要考慮采用線性電源。

高速、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對精度和速度都有較高要求，對電源的紋波噪聲極其敏感，除要求電源的紋波噪聲小外，還需選用一些高精度、共模和電源抑制比大的運(yùn)放來配合，電源的紋波噪聲一般都需控制在10mV以內(nèi)。

6.開關(guān)頻率 (Switching Frequency)

DCDC一般有幾百K上M的工作頻率，開關(guān)頻率決定了外部電感的選型，頻率越大需要的電感值就相對小一些，節(jié)省電路板面積。外部電感越大，對紋波的抑制作用越好，缺點(diǎn)是不能快速的響應(yīng)負(fù)載的變化。

7.效率 (Efficiency)

DC/DC器件具有較高的轉(zhuǎn)換效率，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(shí)要關(guān)注輕載和重載兩種情況，輕載會影響待機(jī)功率，重載會影響溫升。一般要能夠達(dá)到80%以上。

8.負(fù)載調(diào)整率 (Load Regulation)

電源負(fù)載的變化會引起電源輸出電壓的變化，負(fù)載增加，輸出電壓降低，相反負(fù)載減少，輸出電壓升高。好的電源負(fù)載變化引起的輸出變化較小，通常指標(biāo)為3%–5%。負(fù)載調(diào)整率是衡量電源好壞的指標(biāo)，好的電源輸出接負(fù)載時(shí)電壓降較小。

四、DC-DC的應(yīng)用

DC-DC轉(zhuǎn)換器的使用有利于簡化電源電路設(shè)計(jì)，縮短研制周期，實(shí)現(xiàn)最佳指標(biāo)等，被廣泛用于電力電子、軍工、科研、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、儀器儀表、交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動通訊、路由器等通信領(lǐng)域和工業(yè)控制、汽車電子、航空航天等領(lǐng)域。

具有可靠性高、系統(tǒng)升級容易等特點(diǎn)，電源模塊的應(yīng)用越來越廣泛。此外，DC-DC轉(zhuǎn)換器還廣泛應(yīng)用于手機(jī)、MP3、數(shù)碼相機(jī)、便攜式媒體播放器等產(chǎn)品中。在電路類型分類上屬于斬波電路。

其主要特點(diǎn)是效率高：與線性穩(wěn)壓器的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(dá)到95%以上。其次是適應(yīng)電壓范圍寬。

審核編輯 黃宇