參考資料：DC/DC降壓電源芯片內部設計原理和結構
第一次寫博客丸冕，不喜勿噴耽梅，謝謝！Ｅ种颉眼姐！
DC/DC電源指直流轉換為直流的電源，從這個定義上看佩番，LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)芯片也應該屬于DC/DC電源众旗，但一般只將直流變換到直流，且這種轉換是通過開關方式實現(xiàn)的電源稱為DC/DC電源趟畏。
一贡歧、工作原理
要理解DC/DC的工作原理，首先得了解一個定律和開關電源的三種基本拓撲(不要以為開關電源的基本拓撲很難赋秀，你繼續(xù)往下看)艘款。
1、電感電壓伏秒平衡定律
一個功率變換器沃琅，當輸入、負載和控制均為固定值時的工作狀態(tài)蜘欲，在開關電源中益眉，被稱為穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)下姥份，功率變換器中的電感滿足電感電壓伏秒平衡定律：對于已工作在穩(wěn)態(tài)的DC/DC功率變換器郭脂，有源開關導通時加在濾波電感上的正向伏秒一定等于有源開關截止時加在該電感上的反向伏秒。
是不是覺得有點難理解澈歉，接著往下看其公式推導過程展鸡。
伏秒平衡方程推算過程：
電感的基本方程為：V(t)=L*dI(t)/dt,即電感兩端的電壓等于電感感值乘以通過電感的電流隨時間的變化率。
根據上述方程埃难，可得dI(t)=1/L∫V(t)dt,對于穩(wěn)態(tài)的一個功率變換器莹弊，其應保證在一個周期內電感中的能量充放相等涤久，反映在V-t圖中即表示在一個周期內其面積之和為0，所以得出電感電壓伏秒平衡定律忍弛。此處可參考：DC/DC電源詳解第8頁(如果此處還無法理解响迂，可先閱讀下面開關電源三種基本拓撲的工作原理)。
擴展資料：
1细疚、當一個電感突然加上一個電壓時蔗彤，其中的電流逐漸增加，并且電感量越大疯兼，其電流增加越慢然遏；
2、當一個電感上的電流突然中斷吧彪，會在電感兩端產生一個瞬間高壓待侵，并且電感量越大該電壓越高；
3来氧、電容的基本方程為：I(t)=dV(t)/(C*dt)诫给，當一電流流經電容時，電容兩端電壓逐漸增加啦扬，并且電容量越大電壓增加越慢中狂；
2、開關電源三種基本拓撲
2.1扑毡、BUCK降壓型
圖1 BUCK型基本拓撲簡化工作原理圖
圖2 電感V-t特性圖
BUCK降壓型基本拓撲原理如圖1所示胃榕，其電感L1的V-t特性圖如圖2。
當PWM驅動MOS管Q1導通時瞄摊，忽略MOS管的導通壓降勋又，此時電感兩端電壓保持不變?yōu)閂in-Vo，根據電感的基本方程：V(t)=LdI(t)/dt,電感電流將呈線性上升换帜，此時電感正向伏秒為：VTon=(Vin-Vo)*Ton楔壤。
當PWM驅動MOS管Q1截至時，電感電流經過續(xù)流二極管D1形成回路(忽略二極管壓降)且電感電流不發(fā)生突變惯驼，同樣電感兩端電壓也保持不變?yōu)閂o,方向與(Vin-Vo)相反蹲嚣，電感電流呈線性下降，此時電感反向伏秒為：VToff=Vo(Ts-Ton)祟牲，Ts為PWM波形周期隙畜。
根據電感電壓伏秒平衡定律可得：(Vin-Vo)Ton =Vo(Ts-Ton)
即Vo=DVin (D為占空比)*
2.2、BOOST升壓型
圖3 BOOST型基本拓撲簡化工作原理圖
圖3是BOOST升壓型基本拓撲的簡化原理圖说贝，其分析方法和BUCK電路分析類似议惰。
當PWM驅動MOS管導通時，此時電感的正向伏秒為：Vin*Ton;
當PWM驅動MOS管截至時乡恕，此時電感的反向伏秒為：(Vo- Vin)*(Ts-Ton)言询。
根據電感電壓伏秒平衡定律可得：VinTon =(Vo- Vin)(Ts-Ton)
即Vo=Vin/(1-D)
2.3俯萎、BUCK-BOOST極性反轉升降壓型(該電路中二極管方向反了)
圖4 BUCK-BOOST型基本拓撲簡化工作原理圖
BUCK-BOOST電路分析方法和上面兩種類型的基本拓撲分析方法相同，當MOS管導通時倍试，電感的正向伏秒為：VinTon讯屈；當MOS管截止時，電感的反向伏秒為：-Vo(Ts-Ton)县习。
根據電感電壓伏秒平衡定律可得：VinTon =-Vo(Ts-Ton)
即Vo=-Vin(D/(1-D))*
擴展資料
1涮母、DC/DC電源芯片主要是通過反饋電壓與內部基準電壓的的比較，從而調節(jié)MOS管的驅動波形的占空比躁愿，來保證輸出電壓的穩(wěn)定叛本。
2、同步整流技術
由于二極管導通時多少會存在管壓降彤钟，因此續(xù)流二極管所消耗的功率將會成為DC/DC電源主要功耗来候，從而嚴重限制了DC/DC電源芯片效率的提高。為解決該問題逸雹，以導通電阻極小的MOS管取代續(xù)流二極管营搅，然后通過控制器同時控制開關管和同步整流管，要保證兩個MOS管不能同時導通梆砸，負責將會發(fā)生短路转质。
圖5 帶同步整流的BUCK電路
二、DC/DC電源調制方式
DC/DC電源屬于斬波類型帖世，即按照一定的調制方式休蟹，不斷地導通和關斷高速開關，通過控制開關通斷的占空比日矫，可以實現(xiàn)直流電源電平的轉換赂弓。DC/DC電源的調制方式有三種：PWM方式、PFM方式哪轿、PWM與PFM的混合方式盈魁。
1.PWM(脈沖寬度調制)
PWM采用恒定的開關頻率，通過調節(jié)脈沖寬度(占空比)的方法來實現(xiàn)穩(wěn)定電源電壓的輸出窃诉。在PWM調制方式下备埃，開關頻率恒定，即不存在長時間被關斷的情況褐奴。
優(yōu)點：噪聲低、效率高于毙，對負載的變化響應速度快敦冬，且支持連續(xù)供電的工作模式。
缺點：輕負載時效率較低唯沮，且電路工作不穩(wěn)定脖旱，在設計上需要提供假負載堪遂。
2.PFM(脈沖頻率調制)
PFM通過調節(jié)開關頻率以實現(xiàn)穩(wěn)定的電源電壓的輸出。PFM工作時萌庆，在輸出電壓超過上閾值電壓后溶褪，其輸出將關斷，直到輸出電壓跌落到低于下閾值電壓時践险，才重新開始工作猿妈。
優(yōu)點：功耗較低，輕負載時巍虫，效率高且無需提供假負載彭则。
缺點：對負載變化響應較慢，輸出電壓的噪聲和紋波相對較大占遥，不適合工作于連續(xù)供電方式俯抖。
三、DC/DC芯片的內部構造
接下來我們來看看DC/DC電源芯片內部的單元模塊瓦胎，并且給大家看看基本拓撲與電源芯片的聯(lián)系芬萍，先來看一個圖。
圖6 DC/DC電源芯片內部構圖
1搔啊、誤差放大器：誤差放大器的作用就是將反饋電壓(FB引腳電壓)與基準電壓的差值進行放大柬祠，然后再用該信號去控制PWM輸出信號的占空比。
2坯癣、溫度保護：當溫度高于限定值瓶盛，芯片停止工作。
3示罗、限流保護：如果電流比較器的電阻上的電流過大惩猫，輸出就會降低，直到超過下限閾值蚜点，電源芯片就會出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象轧房。這個模式可以在輸出發(fā)生短路的情況下很好地保護芯片，保護穩(wěn)壓管绍绘，一旦過流現(xiàn)象消除奶镶，打嗝也會消除。
4陪拘、軟啟動電路：用于電源啟動時厂镇，減小浪涌電流，使輸出電壓緩慢上升左刽，減小對輸入電源的影響捺信。
四、DC/DC電路的硬件設計參數選擇標準
1.設置輸出電壓：先選擇合適的R2,R2過小會導致靜態(tài)電流過大欠痴，從而導致加大損耗迄靠；R2太大會導致靜態(tài)電流過小秒咨，而導致FB引腳的反饋電壓對噪聲敏感，一般在datasheet中有推薦值范圍參考掌挚。選定R2雨席，根據輸出電壓計算R1的值，R1=((Vout-Vref)/Vref)*R2吠式。
2.電感：電感的選擇要滿足直到輸出最小規(guī)定電流時陡厘，電感電流也保持連續(xù)。在電感選取過程中需要綜合考慮輸出電流奇徒、紋波雏亚、體積等多個因素。較大的電感將導致較小的紋波電流摩钙，從而導致較低的紋波電壓罢低，但是電感越大，將具有更大的物理占用面積胖笛，更高的串聯(lián)電阻和更低的飽和電流网持。一般在芯片的datasheet中會有相應的計算公式。
3.輸出電容：輸出電容的選擇主要是根據設計中所需要的輸出紋波的要求來進行選取长踊。
電容產生的紋波:相對很小功舀，可以忽略不計;
電容等效電感產生的紋波:在300KHz~500KHz以下，可以忽略不計身弊；
電容等效電阻產生的紋波：與ESR和流過電容電流成正比辟汰，該電流紋波主要是和開關管的開關頻率有關，基本為開關頻率的N次諧波阱佛，為了減少紋波帖汞，讓ESR盡量小。
作者：Wcat
出處：https://www.cnblogs.com/wcat/
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