DC/DC轉(zhuǎn)換器是開(kāi)關(guān)電源芯片，指利用電容、電感的儲(chǔ)能的特性，通過(guò)可控開(kāi)關(guān)(MOSFET等)進(jìn)行高頻開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，將輸入的電能儲(chǔ)存在電容(感)里，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電能再釋放給負(fù)載，提供能量。其輸出的功率或電壓的能力與占空比(由開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間與整個(gè)開(kāi)關(guān)的周期的比值)有關(guān)。開(kāi)關(guān)電源可以用于升壓和降壓。輸出電壓通過(guò)分壓電阻與基準(zhǔn)電壓作比較，從而形成一個(gè)反饋。當(dāng)輸出電壓減小并低于基準(zhǔn)電壓，比較器輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)并觸發(fā)振蕩電路開(kāi)始工作。振蕩電路輸出一個(gè)固定時(shí)間的脈沖，用于控制MOS管的導(dǎo)通。反之則MOS管將被截止。其中導(dǎo)通由振蕩器控制，而截止時(shí)間取決于負(fù)載。按這樣的方法，即可控制輸出電壓。

想要熟練的設(shè)計(jì)應(yīng)用一些DC-DC功率IC的話掌握最基本的原理，那是無(wú)可厚非了，那我就開(kāi)始班門(mén)弄斧了，如果有寫(xiě)的不對(duì)的地方，希望有專(zhuān)業(yè)的大佬給予指正。首先因?yàn)殡姼性陔娐分械倪B接方式導(dǎo)致DC-DC電路分三種基本類(lèi)型，那就是我們熟知的《升壓轉(zhuǎn)換電路》《降壓轉(zhuǎn)換電路》《升降壓轉(zhuǎn)換電路》那哪種情況下會(huì)用到這三種電路中的哪一種呢?其實(shí)這個(gè)很簡(jiǎn)單，如果前端的輸入電壓比負(fù)載端的電壓低的時(shí)候，我們需要驅(qū)動(dòng)負(fù)載的話，那我們肯定選擇升壓電路，前端電路的輸入電壓比負(fù)載電壓高的話，那就選擇降壓電路，也存在一種情況就是說(shuō)如果前端輸入電壓是一個(gè)寬泛的范圍，后端的負(fù)載電壓也可能存在一個(gè)寬泛的范圍，那可能有時(shí)候需要降壓，有時(shí)候需要升壓，那就當(dāng)然選擇升降壓電路。我們以升壓電路為例，說(shuō)明一下原理：首先了解一下伏秒定律，電感復(fù)位 占空比這幾個(gè)名詞，因?yàn)檫@三種電路中存在一種必不可少的電子元器件 那就是電感。電感方程：V=L*△I/△t，電感的電壓與電感值以及電流變化值，時(shí)間的關(guān)系式。

電荷泵是通過(guò)外部一個(gè)快速充電電容(Flying Capacitor)，內(nèi)部以一定的頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)，對(duì)電容進(jìn)行充電，并且和輸入電壓一起，進(jìn)行升壓(或者降壓)轉(zhuǎn)換。最后以恒壓輸出。在芯片內(nèi)部有負(fù)反饋電路，以保證輸出電壓的穩(wěn)定，與基準(zhǔn)電壓VREF做比較，經(jīng)過(guò)誤差放大器A，來(lái)控制充電電容的充電時(shí)間和充電電壓，從而達(dá)到穩(wěn)定值。電荷泵可以依據(jù)電池電壓輸入不斷改變其輸出電壓。例如，它在1.5X或1X的模式下都可以運(yùn)行。當(dāng)電池的輸入電壓較低時(shí)，電荷泵可以產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)于輸入電壓的1.5倍的輸出電壓。而當(dāng)電池的電壓較高時(shí)，電荷泵則在1X模式下運(yùn)行，此時(shí)負(fù)載電荷泵僅僅是將輸入電壓傳輸?shù)截?fù)載中。這樣就在輸入電壓較高的時(shí)候降低了輸入電流和功率損耗。

電感會(huì)充電也會(huì)放電，那么電感在DC-DC轉(zhuǎn)換電路中需要達(dá)到穩(wěn)態(tài)，也就是電感復(fù)位這個(gè)詞，穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下的充電時(shí)電感電流(能量)增量必然會(huì)等于電感放電時(shí)的電感電流減量,△Ion=△Ioff,這里的on 跟off 代表電感的充電放電的兩個(gè)過(guò)程，IDC為電流的直流分量,也就是平均電感電流。

在功率半導(dǎo)體元件及電力電子等相關(guān)技術(shù)產(chǎn)生之前，若要將小功率的直流電轉(zhuǎn)換成較高電壓的直流電，可以先用震蕩電路先轉(zhuǎn)換為交流，再用升壓變壓器升壓，最后再用整流器轉(zhuǎn)換為直流。若是較大功率的直流電壓轉(zhuǎn)換，會(huì)用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(有時(shí)會(huì)整合成dynamotor模組，在一個(gè)模組中同時(shí)有馬達(dá)和發(fā)電機(jī)，一個(gè)繞組驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，另一個(gè)繞組產(chǎn)生輸出電壓)。這些是比較沒(méi)有效率的作法，其費(fèi)用也較貴，但當(dāng)時(shí)沒(méi)有其他更好的作法，像是驅(qū)動(dòng)早期的汽車(chē)音響(其中使用的熱電子管或是真空管工作電壓遠(yuǎn)高于汽車(chē)中6V或12V的電壓)。功率半導(dǎo)體及集成電路的出現(xiàn)，使用一些新式電路的成本開(kāi)始下降，是一般應(yīng)用可以負(fù)荷的價(jià)格。比較便宜。這些新式電路包括將直流電轉(zhuǎn)換為高頻的交流電，配合一個(gè)較小、較低也較便宜的變壓器來(lái)轉(zhuǎn)換交流電壓，再用整流器再轉(zhuǎn)換成直流。1976年時(shí)汽車(chē)收音機(jī)開(kāi)始使用晶體管，不需要高電壓。而使用晶體管的電源供應(yīng)器也已可以取得，不過(guò)仍有些業(yè)余無(wú)線電使用者使用震蕩電路及dynamotor的電源做為需要高電壓的無(wú)線電發(fā)射臺(tái)電源。利用線性電路是可以從較高直流電壓中產(chǎn)生較低的電壓，甚至使用電阻分壓也有類(lèi)似效果。但這些方式會(huì)將多余的能量以熱的方式消耗，效率不佳。一直到后來(lái)固態(tài)切換電路出現(xiàn)后，才有效率較高的直流-直流轉(zhuǎn)換器。

IPP為紋波電流，也就是電感公式中所提到的△I。下面會(huì)結(jié)合升壓電路再進(jìn)行講解，V=L*△I/△t，△Ion=△Ioff由這個(gè)兩個(gè)公式結(jié)合起來(lái)推導(dǎo)出Von*ton=Voff*toff 也就是上面所提到的伏秒定律，電感電壓與電壓的作用時(shí)間的乘積叫伏秒積。導(dǎo)通階段的電感電壓與其作用時(shí)間的乘積必然會(huì)等于關(guān)斷階段電壓電壓與其作用時(shí)間的乘積，這就是伏秒定律的定義。

大部分的直流-直流轉(zhuǎn)換器也會(huì)將輸出的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，不過(guò)也有些例外，像是高效率的LED驅(qū)動(dòng)電路是調(diào)節(jié)給LED電流的直流-直流轉(zhuǎn)換器，還有簡(jiǎn)單的電荷泵，是將輸出電壓加大為原來(lái)的二倍或三倍。直流-直流轉(zhuǎn)換器也可以配合光伏陣列或風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)使用，目的是要讓收集到最多的能量，這類(lèi)設(shè)備稱(chēng)為電源優(yōu)化器。一般用在市電電源50–60Hz的變壓器，若功率要超過(guò)幾瓦，其體積就會(huì)很大，而且很笨重，而且繞組銅損及鐵心的渦電流都會(huì)造成能量損失。直流-直流轉(zhuǎn)換器會(huì)設(shè)計(jì)電路，讓變壓器或是電感可以在較高的頻率工作，因此元件較小、較輕、價(jià)值也較價(jià)宜。甚至這類(lèi)元件會(huì)用在一些原來(lái)用傳統(tǒng)市電頻率變壓器的場(chǎng)合。例如，家用電氣設(shè)備常會(huì)將市電電源先整流成直流電，用開(kāi)關(guān)電源供應(yīng)器的技術(shù)轉(zhuǎn)換為所需電壓的高頻交流電，最后再整流到對(duì)應(yīng)電壓的直流電。整個(gè)電路比傳統(tǒng)配合變壓器及整流器的系統(tǒng)要復(fù)雜，但價(jià)格便宜，效率也會(huì)比較好。

實(shí)際應(yīng)用的電子式直流轉(zhuǎn)換器會(huì)使用開(kāi)關(guān)切換的技術(shù)。直流-直流的開(kāi)關(guān)電源可以將能量暫時(shí)儲(chǔ)存，再透過(guò)輸出電壓釋放，可以將直流電壓轉(zhuǎn)換為較高或是較低電壓的直流電。能量的儲(chǔ)存可以儲(chǔ)存在電場(chǎng)(電容器)或是磁場(chǎng)(電感器或是變壓器)。這種轉(zhuǎn)換方式可以昇壓也可以降壓，切換式的轉(zhuǎn)換效率可以到75%~98%，比線性電壓調(diào)節(jié)器(會(huì)將不需要的能量以熱的方式消耗)的效率要好。為了效率考量，其中的半導(dǎo)體元件開(kāi)啟或關(guān)閉的速度要相當(dāng)快，不過(guò)因?yàn)橛锌焖俚臅簯B(tài)，加上電路布局上會(huì)有的雜散元件，讓電路的設(shè)計(jì)更有挑戰(zhàn)性。開(kāi)關(guān)電源的高效率減少了散熱片的大小或體積，也提升了便攜式設(shè)備用電池供電時(shí)，可以運(yùn)作的時(shí)間。在1980年代后期，因?yàn)楣β始?jí)場(chǎng)效應(yīng)管的出現(xiàn)，可以在較高頻率下有比功率級(jí)雙極性晶體管更低的切換損失，因此效率也可以進(jìn)一步的提升，而且場(chǎng)效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)電路也比較簡(jiǎn)單。 另一個(gè)開(kāi)關(guān)電源的重要突破是用功率級(jí)場(chǎng)效應(yīng)管的同步整流技術(shù)代替飛輪二極管，其導(dǎo)通電路較低，也可以降低切換損失。在功率半導(dǎo)體廣為應(yīng)用之前，低功率的直流-直流同步整流器中包括一個(gè)機(jī)電式的震蕩器，震蕩后的電透過(guò)降壓變壓器，輸出給真空管、半導(dǎo)體整流器、或是和震蕩器連接的同步整流器。

DC-DC轉(zhuǎn)換器是電力電子領(lǐng)域中的重要組件，其核心作用在于高效轉(zhuǎn)換電壓。這一轉(zhuǎn)換器通過(guò)電子電路將一個(gè)直流電源的電壓轉(zhuǎn)換為另一個(gè)直流電源所需的電壓，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，如手機(jī)、平板電腦以及電動(dòng)汽車(chē)等。其特點(diǎn)包括轉(zhuǎn)換效率高、體積小巧、便于攜帶等，使得它在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中占據(jù)著不可或缺的地位。

DC-DC轉(zhuǎn)換器中常用的調(diào)制方式包括PFM和PWM。PFM是一種重要的調(diào)制方式，它通過(guò)保持開(kāi)關(guān)脈沖寬度不變，而是調(diào)節(jié)脈沖輸出的頻率，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定控制。這種控制方式在小負(fù)載情況下表現(xiàn)出色，能夠有效地降低能耗，確保長(zhǎng)時(shí)間使用的效率。而PWM是一種常見(jiàn)的調(diào)制方式，它固定開(kāi)關(guān)脈沖的頻率，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整脈沖輸出的寬度，來(lái)維持輸出電壓的穩(wěn)定。

器件選型時(shí)應(yīng)遵循高性價(jià)比、兼容與可替代性、資源節(jié)約等原則。確保器件廣泛適用于各種應(yīng)用，且在未來(lái)需要時(shí)能夠輕松替換。在選擇外圍器件時(shí)，需考慮電容和電感的耐壓、紋波以及電感的飽和電流等因素。以確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。這些設(shè)計(jì)技巧與選擇準(zhǔn)則能幫助工程師開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)越且可靠的DC-DC電源系統(tǒng)。降壓變換器，也被稱(chēng)為BUCK變換器，在降壓變換器中，開(kāi)關(guān)的通斷影響電感上的電壓及磁通量變化，實(shí)現(xiàn)輸入電壓高于輸出電壓，達(dá)到降壓效果。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電感兩端的電壓為(Vi-Vo)，這一電壓促使電感勵(lì)磁，進(jìn)而磁通量增加。而當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，由于輸出電流的連續(xù)性，二極管VD自然導(dǎo)通，電感開(kāi)始削磁，磁通量隨之減少。在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸入電壓Vi與輸出電壓Vo之間的關(guān)系滿足：(Vi-Vo)Ton=(Vo)Toff，其中占空比D小于1，確保了輸入電壓始終高于輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)了降壓的目標(biāo)。

在深入探討PWM和PFM這兩種調(diào)制方式的性能差異之前，我們首先需要了解DC-DC轉(zhuǎn)換器的幾種主要架構(gòu)分類(lèi)。這些架構(gòu)不僅影響了轉(zhuǎn)換器的性能，還決定了其在不同負(fù)載條件下的工作模式和效率。DC-DC轉(zhuǎn)換器是利用電感和電容作為儲(chǔ)能元件，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入到輸出的能量轉(zhuǎn)換。按照轉(zhuǎn)換器完成的功能，可以分為降壓型轉(zhuǎn)換器和升壓型轉(zhuǎn)換器兩個(gè)基本類(lèi)型。當(dāng)DC-DC穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，按照電感電流是否連續(xù)，可以將轉(zhuǎn)換器的工作模式分為：連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)、臨界導(dǎo)通模式和不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)。DC-DC轉(zhuǎn)換器是利用電感和電容作為儲(chǔ)能元件，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入到輸出的能量轉(zhuǎn)換。按照轉(zhuǎn)換器完成的功能，可以分為降壓型轉(zhuǎn)換器和升壓型轉(zhuǎn)換器兩個(gè)基本類(lèi)型。當(dāng)DC-DC穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，按照電感電流是否連續(xù)，可以將轉(zhuǎn)換器的工作模式分為：連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)、臨界導(dǎo)通模式和不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)。

常見(jiàn)的三種原理架構(gòu)包括：

A、Buck(降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器)

這種轉(zhuǎn)換器通過(guò)降低輸入電壓來(lái)提供輸出電壓，常用于需要降低電壓的電路中。其工作原理簡(jiǎn)單，效率較高，是電子系統(tǒng)中不可或缺的一部分。

B、Boost(升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器)

這類(lèi)轉(zhuǎn)換器則通過(guò)提升輸入電壓來(lái)產(chǎn)生所需輸出電壓，常用于需要增加電壓的場(chǎng)合。其設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，但同樣具備高效能，是電子電路中不可或缺的環(huán)節(jié)。

C、Buck-Boost(升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器)

這類(lèi)轉(zhuǎn)換器既具備升壓功能，又具備降壓功能，能夠靈活適應(yīng)輸入與輸出電壓的變化。其設(shè)計(jì)同樣具有挑戰(zhàn)性，但正是這種靈活性，使其在各種電壓需求場(chǎng)合都能發(fā)揮重要作用。

S和L是降壓變換器的關(guān)鍵，斷路或短路會(huì)影響電路的輸出電壓及穩(wěn)定性。S作為PWM波的關(guān)鍵器件，其斷路狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致輸出電壓為0V，而短路狀態(tài)則會(huì)使輸出電壓達(dá)到Vi，可能燒毀負(fù)載元器件。L作為降壓變換器的核心部件，其斷路同樣會(huì)導(dǎo)致輸出電壓為0V，而短路時(shí)輸出電壓會(huì)達(dá)到Vi，同樣存在燒毀負(fù)載元器件的風(fēng)險(xiǎn)。此外，C用于穩(wěn)定輸出電壓，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。D作為續(xù)流二極管，D和C則確保電壓的穩(wěn)定，在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)為L(zhǎng)提供續(xù)流回路。若D斷路，可能導(dǎo)致輸出電壓出現(xiàn)異常波動(dòng)，如尖峰或偏低;而短路則可能損壞開(kāi)關(guān)管。

綜上所述，降壓變換器的每個(gè)部件都發(fā)揮著關(guān)鍵作用，需要謹(jǐn)慎對(duì)待以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。