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    今天，我們就來(lái)重點(diǎn)聊聊降壓DC-DC電源管理器件應(yīng)該如何選

不同的降壓DC-DC類(lèi)型

    由于是進(jìn)行降壓轉(zhuǎn)換，因此電源設(shè)計(jì)時(shí)，降壓DC-DC經(jīng)常會(huì)被拿來(lái)與線性穩(wěn)壓電源（LDO）進(jìn)行比較。相較而言，LDO電路簡(jiǎn)單、成本較低，同時(shí)具有負(fù)載響應(yīng)快、輸出紋波小、噪聲小等特點(diǎn)；而降壓DC-DC則在高效率、支持更寬的輸入工作電壓和更大的壓降、支持更大的電流和功率、輸出電壓靈活可調(diào)等方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。

    因此在做具體技術(shù)選型時(shí)，需要在效率、成本、噪聲、性能等方面綜合評(píng)估，做出正確的決策。有時(shí)，也可以綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，在電源設(shè)計(jì)時(shí)搭配使用，比如為了提高開(kāi)關(guān)DC-DC的精度，克服其噪聲大的短板，會(huì)通過(guò)在DC-DC后端加入LDO來(lái)做優(yōu)化。

    但總體來(lái)講，降壓DC-DC器件的應(yīng)用更為廣泛，產(chǎn)品的類(lèi)型也更多樣化，這使得工程師在做元器件選型時(shí)要多花費(fèi)心思，對(duì)不同類(lèi)型的降壓DC-DC轉(zhuǎn)化器進(jìn)行仔細(xì)地評(píng)估。

    在選型之前，需要對(duì)降壓DC-DC器件的種類(lèi)有一個(gè)比較清新的認(rèn)知。按照不同的維度，降壓DC-DC通?？梢员粍澐譃椴煌念?lèi)型。

電壓調(diào)制方式

    降壓DC-DC按照其控制方式的差異可分為PFM（脈沖頻率調(diào)制）和PWM（脈沖寬度調(diào)制）兩種類(lèi)型。

PFM的工作原理是：保持固定的開(kāi)關(guān)脈沖寬度，通過(guò)改變脈沖輸出的頻率來(lái)調(diào)整和控制輸出電壓并使其以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是在輕負(fù)載時(shí)具有較高的效率（由于輕負(fù)載時(shí)無(wú)需增加功率，開(kāi)關(guān)頻率變低，開(kāi)關(guān)損耗減少），而缺點(diǎn)則是變化的頻率使得通過(guò)濾波消除噪聲難以實(shí)現(xiàn)，容易對(duì)其他電路造成干擾。

    PWM顧名思義，是指開(kāi)關(guān)脈沖的頻率一定，通過(guò)改變脈沖輸出寬度對(duì)輸出電壓進(jìn)行控制的方法，其具有更好的輸出電壓紋波和噪聲，不過(guò)由于頻率恒定，重負(fù)載時(shí)和輕負(fù)載時(shí)的開(kāi)關(guān)次數(shù)都相同，因此輕負(fù)載時(shí)開(kāi)關(guān)損耗相對(duì)較高。

    也有一些電源管理器件綜合了兩種控制方式的優(yōu)點(diǎn)，在重載和穩(wěn)定狀態(tài)下采用PWM方式，而輕載時(shí)則切換到PFM方式，這無(wú)疑對(duì)電源系統(tǒng)整體性能的提升大有裨益。具體應(yīng)用中該選擇何種控制方法，要根據(jù)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行仔細(xì)權(quán)衡。

輸出反饋方式

    降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器為了維持電壓穩(wěn)定，會(huì)將輸出反饋至控制電路。按照輸出反饋的方式，可將其分為電壓模式控制、電流模式控制和遲滯控制三種類(lèi)型。

    在電壓模式下，反饋環(huán)路反饋的是輸出電壓信號(hào)，這也是基本方式。其優(yōu)點(diǎn)在于控制簡(jiǎn)單、抗噪性好、導(dǎo)通（ON）時(shí)間短；缺點(diǎn)則是相位補(bǔ)償電路比較復(fù)雜。

    在對(duì)電壓模式控制優(yōu)化的基礎(chǔ)上，誕生了電流模式控制，其設(shè)計(jì)思路是以檢測(cè)電路電感或晶體管電流的方法取代電壓信號(hào)的采集，與電壓模式相比，具有穩(wěn)定性高、相位補(bǔ)償電路簡(jiǎn)單、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)勢(shì)；而其缺點(diǎn)是電流檢測(cè)較為敏感，因此設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于反饋環(huán)路的噪聲處理有更高的要求。

    遲滯控制是針對(duì)CPU、FPGA等對(duì)高速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)有更高要求的電源應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的一種輸出反饋方式，其優(yōu)點(diǎn)是瞬態(tài)響應(yīng)極為迅速、反饋環(huán)路的穩(wěn)定性高、無(wú)須相位補(bǔ)償；而缺點(diǎn)則是，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)產(chǎn)生變動(dòng)、抖動(dòng)大，以及需要ESR較大的電容器檢測(cè)紋波。

變壓整流方式

    除了上面提到的電壓調(diào)制和輸出反饋方式的不同，降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器在變壓器整流方式上還有異步整流和同步整流的區(qū)別。

    異步整流，是指在電路中是通過(guò)上側(cè)晶體管的開(kāi)關(guān)，控制下側(cè)整流二極管的導(dǎo)通/關(guān)斷，使電流流向或不流向二極管。這種方式電路簡(jiǎn)單且比較牢靠，在工業(yè)設(shè)備等應(yīng)用中廣泛采用。

    同步整流與異步整流方式主要的區(qū)別在于，將異步整流架構(gòu)中的下側(cè)二極管換成了晶體管，因此可以有效降低輸出端開(kāi)關(guān)的損耗，實(shí)現(xiàn)更高的效率，但由于需要確保上下兩側(cè)晶體管的同步性，電路會(huì)更為復(fù)雜。

    可見(jiàn)，不同類(lèi)型的降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器都有各自的優(yōu)勢(shì)和短板，充分了解這些特性，才能夠根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求做出正確的選擇。

降壓DC-DC關(guān)鍵參數(shù)解讀

    在了解了降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器類(lèi)型之后，作為選型的重要一步，就是要對(duì)器件的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)地查閱，以確定其是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)格的要求。歸納起來(lái)，以下這些參數(shù)需要我們?cè)诮祲篋C-DC選型時(shí)特別關(guān)注。

1. 輸入/輸出電壓

    這是降壓DC-DC的基本參數(shù)，決定了其是否滿足電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的要求。較寬的輸入電壓范圍以及靈活可調(diào)的輸出電壓，是一款設(shè)計(jì)優(yōu)秀的降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器必備的特性。

2. 輸出電流

    降壓DC-DC持續(xù)的輸出電流能力決定了其可以提供的功率大小，也是一個(gè)重要的參數(shù)。選型時(shí)要保留足夠的余量，以避免電流過(guò)大對(duì)器件造成的損壞。

3. 效率

    效率是降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢(shì)，也是衡量其性能的一個(gè)硬指標(biāo)，很多設(shè)計(jì)上的優(yōu)化最終都是服務(wù)于效率的提升。需要注意的是，選型時(shí)要同時(shí)關(guān)注輕載和重載兩種情況下的效率表現(xiàn)。

4. 開(kāi)關(guān)頻率

    較高的開(kāi)關(guān)頻率通常意味著在電路中可以使用較小的輸出電容器和電感器等外圍元件，對(duì)于設(shè)計(jì)的小型化更為有利。不過(guò)較高頻率也會(huì)帶來(lái)更大的開(kāi)關(guān)損耗和噪聲問(wèn)題，需要仔細(xì)應(yīng)對(duì)。

5. 瞬態(tài)響應(yīng)

    該特性反應(yīng)在負(fù)載劇烈變化時(shí)，系統(tǒng)是否能夠及時(shí)調(diào)整并確保輸出電壓的穩(wěn)定。降壓DC-DC器件自身的架構(gòu)及輸出電容性能（容值和ESR）都會(huì)對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)性能產(chǎn)生影響。

6. 輸出紋波

    這是衡量降壓DC-DC輸出電壓波動(dòng)的重要參數(shù)，也是穩(wěn)壓質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，一般情況下輕載紋波要更大。

7. 線性穩(wěn)定度和負(fù)載穩(wěn)定度

    線性穩(wěn)定度是指輸入電壓變化時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性，而負(fù)載穩(wěn)定度則反應(yīng)輸出負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性，它們以百分比表示，數(shù)字自然是越小越好。

8. 靜態(tài)電流

    所謂靜態(tài)電流是指降壓DC-DC在空載時(shí)由各模擬電路子模塊產(chǎn)生的電流，它會(huì)帶來(lái)靜態(tài)損耗，因此靜態(tài)電流的降低對(duì)于效率的提升十分關(guān)鍵。能否將靜態(tài)電流降下來(lái)，也是電源管理IC廠商設(shè)計(jì)和工藝水平的試金石。

9. 保護(hù)功能

    在設(shè)計(jì)中集成OCP過(guò)流保護(hù)、OTP過(guò)熱保護(hù)等功能，是確保降壓DC-DC可靠穩(wěn)定工作的重要一環(huán)，這些保護(hù)功能通常由特定的外部條件觸發(fā)，并在條件消失時(shí)能自恢復(fù)。

10. EMI抑制

    開(kāi)關(guān)控制的工作模式?jīng)Q定了降壓DC-DC會(huì)產(chǎn)生更多的噪聲，因此在一些噪聲敏感型的應(yīng)用中，必須要考慮加入有效抑制EMI的措施。

    理解了上述這些參數(shù)，也就掌握了降壓DC-DC器件選型的關(guān)鍵要領(lǐng)。以此為據(jù)，將器件的特性與設(shè)計(jì)需求進(jìn)行比照，應(yīng)該就能很快鎖定想要的那顆料。