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關于DC/DC的基本概念
首先，從最基本的概念談起。什么是 DC(Direct Current)？它表示直流電源，諸如干電池或車載電池等；家庭用的220V電源則是交流電源(AC)。
若通過一個轉換器能將一個直流電壓(3.0V)轉換成其它直流電壓(1.5V或 5.0V)，這個轉換器即 DC/DC 轉換器（ DC/DC switching regulator），又因為 DC/DC 的轉換功能一般都是由開關電源實現的，所以 DC/DC 往往又被稱為開關電源或開關調整器。
DC/DC轉換器一般由控制芯片，電感線圈，二極管，MOS管，電容器等構成。其中一般常見原理是將直流電經過斬波電路從而變成另一電壓的直流電。
DC/DC典型應用電路
DC/DC 轉換器分為升壓型、降壓型、升/降壓型和反相類型，具有效率高、輸出電流大和靜態電流小等優點；隨著電路集成度的提高，許多新型 DC/DC 轉換器僅需外接幾只電感器和濾波電容器就可以完成直流電壓的轉換；但不足之處也很明顯， DC/DC 轉換器的輸出脈動和開關噪音較大、成本相對較高。
從原理上來講，其實內部是先把DC直流電源轉變為交流電電源AC。通常是一種自激震蕩電路，所以外面需要電感等分立元件。然后在輸出端再通過積分濾波，又回到DC電源。由于產生AC電源，所以可以很輕松的進行升壓跟降壓。兩次轉換，必然會產生損耗，因而大家都在努力研究的如何提高DC/DC效率。
DC/DC電源調制方式
DC/DC電源屬于斬波類型，即按照一定的調制方式，不斷地導通和關斷高速開關（由MOSFET構成），通過控制開關通斷地占空比例，可以實現直流電源電平地變換。
DC/DC電源地調制方式有三種：PWM方式/PFM方式/PWM與PFM地混合方式。其中，PWM是最為常見地調制方式。
PWM調制
PWM是最普通的電壓控制方法。在恒定周期下，將開關設為ON，從輸入截取符合輸出所需功率的部分。因此，ON和OFF的比率、占空比會隨必要的輸出功率而變化。
由于頻率恒定，故有可預測即將產生的開關噪聲、濾波器處理容易等優點。
其缺點是，由于頻率恒定，重負載時和輕負載時的開關次數都相同，自我消耗電流不變，故輕負載時開關損耗是主要損耗而效率降低。
頻率恒定根據占空比調整輸出電壓
頻率恒定，易于過濾噪聲
頻率恒定，輕負載時開關損耗效率顯著惡化
PFM調制
PFM則通過調節開關頻率以實現穩定的電源電壓的輸出。
PFM工作時，在輸出電源電壓超過設置電壓后，其輸出將被關斷，直至輸出電源電壓跌落到低于設置電壓后才重新開始工作。基于這種工作方式，PFM的功耗相對較低，在輕負載時，其效率較高，且無需外部提供假負載，但在PFM調制方式下，輸出端對負載變化的響應相對較慢，且輸出電壓噪聲和紋波相對較大，同時由于無法提供限流功能使其不適合于連續供電方式。
PFM有固定ON時間型和固定OFF時間型。以固定ON時間型為例（下圖參考），ON時間恒定OFF時間變化。
換句話說，接下來一直到ON之前的時間會改變。當負載變大時，將會隨著負載增加時間內的ON次數。
也就是說，重負載時頻率會變高，輕負載時頻率會變低。
其優點是，輕負載時無需增加功率，開關頻率變低，開關次數減少，開關損耗減少，故輕負載時也可維持高效率。
其缺點是，頻率會變化，開關相關噪聲不穩定且難以濾波。噪聲難消除。
此外，頻率一進入可聽帶20kHz時有可能會發生聲響等對音響設備的S/N造成影響。從這個意義來說，PWM比較容易操作。
輕負載時會降頻率工作，故開關損耗會減少而維持效率
頻率不穩定，故噪聲濾波困難而有進入聽覺范圍的可能性
利用哪一方，必須在理解各特性后權衡。
PWM輕負載時恒定周期開關，故效率低下。
PFM輕負載時會降頻率工作，故開關損耗減少而維持效率。
有些IC為了能夠利用雙方的優點，于穩定工作時采PWM工作，于輕負載時開關成PFM來維持效率。
PWM控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PFM控制型即使長時間使用，尤其小負載時具有耗電小的優點。PWM/PFM轉換型小負載時實行PFM控制，且在重負載時自動轉換到PWM控制。目前DC-DC轉換器廣泛應用于手機、MP3、數碼相機、便攜式媒體播放器等產品中。
DC/DC電源分類
根據輸出電壓與輸入電壓之間的關系，DC/DC電源分為降壓/升壓/反相三種類別。
以降壓為目的的DC/DC電源電路稱為BUCK電路
以升壓為目的的DC/DC電源電路稱為BOOST電路
以反相為目的的DC/DC電源電路稱為BUCK-BOOST電路
1）BUCK電路
BUCK電路由開關K1（通常用MOS管），續流二極管D1，以及輸出端起儲能和濾波作用的器件L1,C1構成（RL表示負載）。
DC/DC電源芯片輸出PWM調制波形，控制開關K1通斷，在一個開關周期Tcycle內，Q導通時間為Ton,關斷時間為Toff。
當開關K1閉合時，輸入電源VI通過電感L1對電容C1進行充電，電能儲存在電感L1的同時也為外接負載RL提供能源。
當開關K1斷開時，由于流過電感L1的電流不能突變，電感L1通過二極管D1形成導通回路（二極管D1也因此稱為續流二極管），從而對輸出負載RL提供能源，此時此刻，電容C1也對負載RL放電提供能源。
相關波形如下圖所示：
2）BOOST電路
與BUCK電路相同，BOOST電路也由開關管Q，續流二極管D，以及L，C元件構成。
當Q導通時，電流方向為順時針，續流二極管D反偏截止，電流流向如上圖箭頭方向‘1’，輸入電壓Vin加在L兩端，為L充電，充電時間為開關管導通時間Ton。
當Q關斷時，由于電感L電流不能突變（自感效應），電流方向仍然保持順時針方向（上圖箭頭‘2’），續流二極管正向導通，儲存于L內的能量經過續流二極管D向負載供電。
在Q導通的過程中，電感L的電流變化量為：
Δ DeltaΔ IL1=Vin/L Ton
（由自感應電壓公式：U= L（dI/dt）（dI/dt 為電流變化率）,可知dI=U*dt/L）
在Q關斷的過程中，電感L的電流變化量為：
Δ DeltaΔ IL2=（Vout-Vin)/L *Toff
在DC/DC電源電路啟動完成后，電源電路正常工作時，應有Δ DeltaΔ IL1=Δ DeltaΔ IL2（即電感電流不能突變）, 結合以上兩個式子。可得到：
Vout=1/(1-Ton/Tcycle)*Vin
因為Ton/Tcycle<1，因此Vout>Vin,即BOOST電路能獲得輸出電壓永遠大于輸入電壓。
控制技術簡述
DC/DC的控制技術按照不同的標準，有眾多分類方式。常見的有：
1）按占空比控制方式分類：分為恒頻控制（PWM）和變頻控制（PFM），也有將此種分類方式稱為按調制方式分類。
2）按采樣信號種類分類：電壓型、電流模、電荷型、磁通型。也有的分類方式分為 基于（電壓）紋波控制和非紋波控制類。
在控制環路中，開關頻率產生的方式一般有 CLK（振蕩器）或固定計時器（COT、CFT）；占空比控制器（一般為比較器加邏輯部分）的輸入端的信號種類一般有 EA 輸出、恒頻的鋸齒波、電感電流采樣信號和輸出紋波采樣信號，其中電感電流和輸出紋波的信號均可分為峰值（Peak）和谷值（Valley）。根據【開關頻率發生方式】和【占空比控制器的輸入端的信號種類】的不同組合，可以得到許多我們現在常見的環路控制方式：
1）頻率由振蕩器 CLK 產生，占空比控制器輸入端為 EA_out 和固定鋸齒波可得到傳統的 PWM電壓模。
2）頻率由振蕩器 CLK 產生，占空比控制器輸入端為 EA_out 和電感電流信號可得到峰值（谷值）電流模，即平時所說的 Peak（Valley）Current Mode。
3）頻率由固定計時器產生，占空比控制器為 EA_out 和電感電流信號，可得到峰值（谷值）電流模的 COT（CFT）。
4）頻率由固定計時器產生，占空比控制器為 EA_out 和輸出電壓紋波信號，可得到紋波控制的COT（CFT）。
常見的BUCK環路
1 傳統的 PWM 電壓模 Buck
2 峰值（PWM）電流模 Buck
3 COT-Buck
關于DC/DC環路的相關內容，可以參看我們的往期內容：
DC-DC常見環路簡述
LDO與DC/DC的區別
嚴格來講，LDO也是DC/DC的一種，但目前DC/DC多指開關電源。它具有很多種拓樸結構，如BUCK(降壓)，BOOST(升壓)，buck-boost(升降壓)，Charge和 Pump等。
關于LDO的知識點，我們會在之后的推送中與大家分享。
DC/DC選型指南
選擇一個電源芯片需要考慮以下因素：
?1.輸入電壓范圍
?2.輸出電壓范圍
?3.輸出電流
?4.效率
?5.是否帶過流保護
?6.是否帶高溫保護
?7.轉換效率
?8.開關頻率
?頻率越高：電感和電容都可以更小，相應所需的PCB面積變小；輸出紋波越小；效率越低；開關損耗變大；EMC/EMI更難處理；
?9.啟動延遲時間
?10.電壓上升時間
?11.輸出噪聲電壓
?12.輸出容性負載驅動能力
?13.溫度系數（溫度對輸出的影響）
?14.靜態功耗（做低功耗需要）
?15.電壓調整率（負載調整率）：考慮在負載變化時輸出的波動以及波動后的回復時間，越短越好
Vidatronic、Dolphin Design等公司提供優質的DC/DC IP產品。
審核編輯：劉清
工商網監
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