DC/DC转换器

<strong><font color="#FF0000">作者：Michele H. Lim</font> </strong>

<strong>引言</strong>

电源电路采用电压步升（boost）或更常见的电压步降（buck） DC/DC转换器形式。现在很多应用都需要多个电压轨来驱动各种 IC。这些电压轨可以是反相或非反相、有隔离或没有隔离。尽管设计工程师一般使用多个降压转换器和单个滤波电感器，但是这种做法增加了成本、占位面积和厚度。有一种更简单的方法是，采用单个降压转换器和耦合电感器或变压器，将其配置为隔离式转换器拓扑。设计工程师可以使用降压转换器提供反相或非反相电压轨，可以将其配置为反相降压-升压转换器使用。耦合电感或变压器也可与降压-升压转换器一起使用，以生成具有升压/降压功能的多个反相或非反相输出。

本文将重点讨论各种隔离式/非隔离式 DC/DC转换器拓扑，并展示如何用单个同步降压转换器实现这些拓扑。我们还将探讨其他拓扑，并展示这些拓扑是如何适合各种应用的。

设计高效和紧凑型 DC/DC 转换器的技巧由一群对转换设计所涉及之物理学和支持性数学知识有着深入了解、同时兼具一定程度之工作台经验的工程师负责实行。对于博德图、麦克斯韦方程组的深刻理解以及针对极点和零点的关注融入到了精致的 DC/DC 转换器设计中。然而，IC 设计师通常避开了对令人担忧之热问题的处置，这项工作常常落在封装工程师的身上。

对于负载点 (POL) 转换器而言，热量是个大问题，这类转换器空间紧凑，容纳了很多需要小心对待的 IC。POL 稳压器之所以产生热量，是因为还没有电压转换效率能达到 100%。结构、布局和热阻能使封装发热到什么程度? 封装的热阻不仅使 POL 稳压器的温度升高，还使 PCB 及周围组件的温度升高，因此增大了系统散热方案的复杂性、尺寸和成本。

人们主要通过两种方法来减少 PCB 上 DC/DC 转换器封装的热量：

作者：Richard Nowakowski，德州仪器 (TI) 电源管理产品市场营销人员和 Brian King，TI 科技委员会应用工程师

DC/DC 转换器的设计频率越来越快，目的是减小输出电容和电感的尺寸，以节省电路板空间。正因如此，现在市场上出现越来越多工作在高输入电压下的DC/DC 转换器，其可提供线压瞬态保护，从而使更快频率下难以达到更低的电压，因为占空比更低。许多电源集成电路制造厂商（IC）正在积极推销高频 DC/DC转换器，声称可以减少电路板空间占用。工作在 1MHz 或者 2MHz 下的 DC/DC转换器似乎是一个好主意，但开关频率对电源系统产生的影响远不止体积和效率两方面。本文介绍了几个设计实例，说明在高频下开关存在的一些好处和挑战。

利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量就是开关电源。其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。开关电源可以用于升压和降压。

DC/DC转换器是利用MOSFET开关闭合时在电感器中储能，并产生电流。当开关断开时，贮存的电感器能量通过二极管输出给负载。如下图所示。

<center><img src="http://mm32.eetrend.com/files/2016-10/wen_zhang_/100003646-12113-1.jpg&…; alt=""></center>

<center><i>三种典型的DC/DC变换器框图</i></center>