在電子產品中，我們經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，與線性穩壓器LDO相比較，效率高是DC/DC的顯著優勢。通常效率在70%以上，效率高的可達到95%以上。DC/DC常見三種拓撲結構為Buck（降壓型DC/DC轉換器），Boost（升壓型DC/DC轉換器），Buck-Boost（升降壓DC/DC轉換器）。下面我們就來重點了解一下降壓型DC/DC轉換器的工作原理及選型的幾個重要技術指標。

原理介紹

DC/DC指直流轉直流電源（Direct Current），是一種在直流電路中將一個電壓值的電能變為另一個電壓值的電能的裝置。如通過一個轉換器能將一個直流電壓（12V）轉換成其他的直流電壓（3.3V），我們稱這個轉換器為降壓型DC/DC轉換器。

下圖是Buck基礎拓撲電路：

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管Q，二極管D，輸出濾波電感L和輸出濾波電容C構成。

Buck電路特征：

? 輸出電壓≤輸入電壓

? 輸入電流斷續

? 輸出電流連續

? 需要輸出濾波電感L和輸出濾波電容C

實際DC/DC芯片內部結構框圖如下所示（SSP9451）：

DC/DC內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電路電壓調節的基本思路：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，產生PWM信號，驅動功率管，實現電壓的閉環控制。補償端接RC補償電路，實現電路快速穩定響應。

在討論DC/DC轉換器的性能時，如果單針對控制芯片，是不能判斷其優劣的。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，應進行綜合判斷。

典型的應用電路如下圖所示（SSP9451）：

選型參數

DC/DC選型時首先應考慮輸入電壓范圍，輸出負載，效率，成本，開關頻率是否滿足應用，特殊的應用還需要考慮靜態功耗（如手持設備），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格。例如SSP9480寬范圍輸入電壓4.5V至85V，可滿足絕大多數降壓型電源變換的應用場景。

• 輸出電壓 Vout

輸出電壓是DC/DC很重要的參數，也是電子設備設計者選型時首先應考慮的參數。DC/DC有固定輸出電壓和可調輸出電壓兩種類型。

• 最大輸出電流 Max Current

持續的輸出電流能力是DC/DC器件一個重要的參數，選用時要參考此參數，并要保留一定的余量，DC/DC的輸出電流參數的選取需評估后級電路的瞬間峰值電流和發熱的情況，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器件開關動作也會引起的EMI（電磁輻射/干擾）或噪音問題。同時要求關注輕載和重載紋波，若DC/DC器件的紋波較大，會直接影響器件的轉換效率，影響系統工作不穩定，發熱量偏高，使整個系統的功耗偏大。

• 開關頻率Switching Frequency

開關頻率決定了外部電感的選型，開關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負載的變化。且一旦負載發生變化容易引起EMI問題，在選型時也需要注意。

• 效率 Efficiency

DC/DC器件具有較高的轉換效率，一般能夠達到90%以上，在大功率電源轉化中不會造成過大熱能損耗和散熱問題。同時要關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

同步和異步的區別從外部來看是同步沒有續流的二極管。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置的MOSFET給替代了，但是這個MOSFET的開和關需要芯片內部額外的控制電路來保持和開關MOSFET的相位關系。

從性價比、可靠性和高電壓輸出場景表現，優先選擇異步BUCK電路。從功耗、效率和非連續工作場景噪聲表現，優先選擇同步BUCK電路。

外圍器件選擇要求

• 設定輸出電壓

輸出電壓由接到FB端的輸出電壓的分壓器的電壓設定，反饋的分壓比公式：

VFB=VOUT*R1/(R1+R2)

不同的DC/DC芯片，FB電壓是不一樣的，分壓電阻最好選用高精度電阻。

• 電感

在輸入開關電壓時，電感用于為輸出負載提供連續的電流，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:

電感量可以調整，電感較大，效率較高，但是響應會變慢，調整時還要注意穩定性。

• 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芯片內部的MOSFET的電流Isw是不連續，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，導致芯片供電異?；蛘咝酒琈OSFET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壓系統的穩定性。

要保持較小的輸出電壓的過沖和下降，電容應該有較小的ESR和ESL，較大的瞬態負載變化時需要較大容量的電容作為儲能電容，開關頻率較高，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。

輸出續流二極管

當上管開關關閉時，輸出二極管為電感電流續流。為減少二極管正向導通電壓和反向恢復帶來的損耗，請使用肖特基二極管。流經二極管的平均電流可根據以下公式估算出：

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

上海矽朋微電子有限公司是從事集成電路開發和提供系統級解決方案的專業“Fabless”公司，公司致力于成為分布式能源能效物聯網管理專家，公司主要產品包含電源管理、物聯網專用電路、工業級處理器、非易失存儲器及相應的解決方案。

矽朋微為國家級高新技術企業，公司主要發起人均來自世界知名的半導體企業，曾主持并順利完成過多項芯片設計類國家級重大專項課題。公司通過GB/T ISO19001-2016/ISO 9001:2015質量體系認證。

公司秉承“誠信、團結、探索、堅持”為核心的理念，持之以恒地專注于技術的提升、團隊的建設、管理的完善、市場的開拓、運作模式的創新。公司本著技術領先、質量過硬、服務到位、反應迅速的原則與客戶真誠合作，共同發展。