資深工程師給你講述DC/DC的設計技巧

“綠色”系統的發展趨勢不僅意味著必須采用環保元器件，還對電子產業提出了節能的挑戰。能源之星(EnergyStar)和80+等組織都已針對各式消費電子(特別是計算類)頒布了相關規范。對當前的消費者而言，更長的電池壽命也是個十分吸引的特性。因此，更長的電池壽命、更小的外形尺寸及各國政府推出的新法規都在要求必需謹慎選擇電源元件，尤其是對板上的DC-DC轉換器。這表示著新平臺的功率密度、效率和熱性能必須大幅提高。

眾所周知，設計理想的$DC-DC轉換器涉及到眾多權衡取舍。功率密度的提高通常意味著總體功耗的增加，以及結溫、外殼溫度和PCB溫度的提升。同樣地，針對中等電流到峰值電流優化DC/DC電源，幾乎也總是意味著犧牲輕載效率，反之亦然。本人結合自己十多年的DC-DC應用經驗，談談DC-DC轉換器的基本原理和設計經驗技巧。

DC-DC就是直流-直流變換，一般有升壓(BOOST)、降壓(BUCK型)兩種。降壓式DC/DC變換器的輸出電流較大，多為數百毫安至幾安，因此適用于輸出電流較大的場合。降壓式DC/DC變換器基本工作原理電路如圖1所示。VT1為開關管，當VT1導通時，輸入電壓Vi通 過電感L1向負載RL供電，與此同時也向電容C2充電。在這個過程中，電容C2及電感L1中儲存能量。當VT1截止時，由儲存在電感L1中的能量繼續向 RL供電，當輸出電壓要下降時，電容C2中的能量也向RL放電，維持輸出電壓不變。二極管VD1為續流二極管，以便構成電路回路。輸出的電壓Vo經R1和 R2組成的分壓器分壓，把輸出電壓的信號反饋至控制電路，由控制電路來控制開關管的導通及截止時間，使輸出電壓保持不變。

圖1、降壓式DC/DC變換器基本工作原理電路

DC-DC設計技巧

一.DC-DC電路設計至少要考慮以下條件：

1.外部輸入電源電壓的范圍，輸出電流的大小。

2. DC-DC輸出的電壓，電流，系統的功率最大值。

二.基于以上兩點選擇PWM IC要考慮：

1. PWM IC的最大輸入電壓。

2.PWM開關的頻率，這一點的選擇關系到系統的效率。對儲能電感，電容的大小的選擇也有一定影響。

3.MOS管的所能夠承受的最大額定電流及其額定功率，如果DC-DC IC內部自帶MOS，只需要考慮IC輸出的額定電流。

4. MOS的開關電壓Vgs大小及最大承受電壓。

三.電感(L1)，二極管(CR1)，電容(C2)的選擇

1. 電感量：大小選擇主要由開關頻率決定，大小會影響電源紋波;額定電流，電感的內阻選擇由系統功耗決定。

2. 二極管：通常都用肖特基二極管。選擇時要考濾反向電壓，前向電流，一般情況反向電壓為輸入電源電壓的二倍，前向電流為輸出電流的兩倍。

3. 電容：電容的選擇基于開關的頻率，系統紋波的要求及輸出電壓的要求。容量和電容內部的等效電阻決定紋波大小(當然和電感也有關)。

如何得到一個電源紋波相對較小、對系統其他電路干擾相對較小，而且相對穩定可靠的DC-DC電路，需要對以上電路的原理做如下修改：

1.輸入部分：電源輸入端需要加電感電容濾波。目的：由于MOS管的開關及電感在瞬間的變化會造成輸入電源的波動，尤其是在系統耗電波動較大時，影響更為明顯。

2.輸出部分：

(1)假定C2的選擇的100uF是正確的，我們想得到更小的紋波，可以將100uF的電容改成兩顆47uF的電容(基于相同類型的電容);如果100uF電容采用的是鋁電解，可以在原來的基礎上加一顆10uF的磁片電容或鉭電容。

(2) 在輸出端再加一顆電容和一顆電容對原來的電源做一個LC濾波，會得到一個紋波更小的電源。

PCB布線時，應注意幾點：

1. 輸入電源與MOS的連線要盡可能的粗。

2. Vgs也要粗一點，千萬不要以為粗細沒關系，(注：一般系統功率相對較低時，輸出電流不大，粗細的影響不明顯)關鍵時刻會影響電源的穩定性。

3. CR1， L1盡量靠近Q1。C2盡量靠近L1。

4. 反饋電阻的線盡量遠離電感L1。

5. 反饋電壓的地與系統的地盡量的近，保持在一個電位上。

6. CR1的地線千萬要粗，在MOS的打開的時間里，L1的電流是由CR1的通路提供，即由地流向L1。