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DC/DC轉換器
鎖定
- 中文名
- DC/DC轉換器
- 種 類
- 電荷泵；電感儲能DC-DC轉換器
DC/DC轉換器產品介紹
DC/DC轉換器分類
DC/DC 轉換器為轉變輸入電壓後有效輸出固定電壓的電壓轉換器。DC/DC 轉換器分為三類：升壓型DC/DC 轉換器、降壓型DC/DC 轉換器以及升降壓型DC/DC 轉換器。
DC/DC轉換器原理
輸出電壓通過分壓電阻與基準電壓作比較，從而形成一個反饋。當輸出電壓減小並低於基準電壓，比較器輸出發生翻轉並觸發振盪電路開始工作。振盪電路輸出一個固定時間的脈衝，用於控制MOS管的導通。反之則MOS管將被截止。其中導通由振盪器控制，而截止時間取決於負載。按這樣的方法，即可控制輸出電壓。
DC/DC轉換器電荷泵
DC/DC轉換器工作原理
電荷泵可以依據電池電壓輸入不斷改變其輸出電壓。例如，它在1.5X或1X的模式下都可以運行。當電池的輸入電壓較低時，電荷泵可以產生一個相當於輸入電壓的1.5倍的輸出電壓。而當電池的電壓較高時，電荷泵則在1X模式下運行，此時負載電荷泵僅僅是將輸入電壓傳輸到負載中。這樣就在輸入電壓較高的時候降低了輸入電流和功率損耗。
DC/DC轉換器倍壓模式
以1.5x mode為例講解：電壓轉換分兩個階段完成。
第一階段
在第一階段， C1和C2串聯。假設C1=C2，則電容充電直到電容電壓等於輸入電壓的一半
第二階段
在第二階段，C1和C2並聯，連接在VIN和VOUT之間。
VOUT=VIN+VIN/2=1.5VIN
DC/DC轉換器效率
電荷泵的效率是根據電荷泵的升壓模式，輸入電壓和輸出電壓所決定，如果是以2倍壓模式進行升壓，那麼它的效率為Vout/2Vin。輸入電壓越小，效率越高。
DC/DC轉換器電荷泵應用
DC/DC轉換器電荷泵要點
選用電荷泵時考慮以下幾個要素：
· 轉換效率要高
· 靜態電流要小，可以更省電；
· 輸入電壓要低，儘可能利用電池的潛能；
· 噪音要小，對手機的整體電路無干擾；
· 功能集成度要高，提高單位面積的使用效率，使手機設計的更小巧；
· 足夠的輸出調整能力，電荷泵不會因工作在滿負荷狀態而發燙；
· 封裝尺寸小是手持產品普遍要求；成本低，包括周邊電路少佔PCB板面積小，走線少而簡單；
· 具有關閉控制端，可在長時間待機狀態下關閉電荷泵，使供電電流消耗近乎為0。
DC/DC轉換器電感式
它是通過電感不斷的儲能/放電，最後達到穩定電壓/電流輸出的轉換器。根據輸出電壓與輸入電壓的高低比較，可以分為boost（輸出電壓遠高於輸入電壓）和buck（輸出電壓低於輸入電壓）。它們的拓撲結構不同。
Boost一般用於lcd串聯背光驅動以及oled驅動，一般使用得輸出電壓在十幾伏。
Buck 用於多媒體協處理器的核電壓。
DC/DC轉換器工作原理
上圖降壓轉換器最基本的電路：是利用MOSFET開關閉合時在電感器中儲能，併產生電流。當開關斷開時，貯存的電感器能量通過二極管輸出給負載。 輸出電壓值與佔空比（開關開啓時間與整個開關週期之間的比 ）有關。
DC/DC轉換器整流二極管
該二極管必須具有與輸出電壓相等或更大的反向額定電壓。其平均額定電流必須比所期望的最大負載電流大得多。其正向電壓降必須很低，以避免二極管導通時有過大的損耗。此外，因為MOSFET工作於高頻開關模式，所以需要二極管具有從導通狀態到非導通狀態時，很快恢復。反應速度越快，DC/DC的效率越高。
肖特基二極管(而非傳統的超快速二極管)具有更低的正向電壓降和極佳的反向恢復特性。
DC/DC轉換器同步整流技術
同步整流是採用通態電阻極低的專用功率MOSFET，來取代整流二極管以降低整流損耗的一項新技術。它能大大提高DC/DC變換器的效率。功率MOSFET屬於電壓控制型器件，它在導通時的伏安特性呈線性關係。用功率MOSFET做整流器時，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱之為同步整流。
當輸出電壓降低時，二極管的正向電壓的影響很重要，它將降低轉換器的效率。物理特性的極限使二極管的正向電壓降難以降低到0.3V以下。相反，可以通過加大硅片的尺寸或並行連接分離器件來降低MOSFET的導通電阻RDS(ON)。因此，在給定的電流下，使用一個MOSFET來替代二極管可以獲得比二極管小很多的電壓降。
在同步降壓轉換器中，通過用兩個低端的MOSFET來替換肖特基二極管可以提高效率（圖1b）。這兩個MOSFET必須以互補的模式驅動，在它們的導通間隙之間有一個很小的死區時間（dead time），以避免同時導通。同步FET工作在第三象限，因為電流從源極流到漏極。
DC/DC轉換器電感器的選擇
隨着開關的打開和閉合，升壓電感器會經歷電流紋波。一般建議紋波電流應低於平均電感電流的20%。電感過大將要求使用大得多的電感器，而電感太小將引起更大的開關電流，特別在輸出電容器中，而這又要求更大的電容器。
電感值的選擇取決於期望的紋波電流。如等式1所示，較高的VIN或VOUT也會增加紋波電流。電感器當然必須能夠在不造成磁芯飽和(意味着電感損失)情況下處理峯值開關電流。
由公式可以得出：
（1） 開關頻率越高，所需的電感值就可以減小；
為了避免電感飽和，電感的額定電流值應該是轉換器最大輸出電流值與電感紋波電流之和。
良好設計的電感器效率降低微乎其微。不同的磁芯材料和形狀可以相應改變電感器的大小/電流和價格/電流關係。採用鐵氧體材料的屏蔽電感器尺寸較小，而且不輻射太多能量。選擇何種電感器往往取決於價格與尺寸要求以及相應的輻射場/EMI要求。
DC/DC轉換器輸入電容
DC/DC轉換器輸出電容
輸出電壓紋波是由輸出電容的ESR引起的電壓值，和由輸出電容衝放電引起的電壓紋波之和
