DC指“直流”，即电路中穿过导体由A点至B点的单向电流。DC-DC转换最基本的定义就是通过零输出阻抗和无噪声电路，将DC电压转换为另一种DC电压 (即使是相同电压).

　　DC-DC的工作原理与组成

　　开关稳压器中内置开/关功率开关 (大部分情况下采用垂直金属氧化物半导体，简称VMOS，也可以是双极型器件)。功率开关的开/关周期确定累积，然后传送给负载的能量。而线性稳压器利用电阻两端的压降调节电压，功效非常低。相对来说，开关稳压器几乎不存在功率耗散! 其秘密就在于功率开关。当开关打开时，开关两端电压高，但电流为零。开关闭合时，穿过开关的电流高，而电压为零!。由于电感器的电压和电流90度反相 (而且没有DC压降)，因此开关稳压器的功效非常高。

　　DC/DC转换器的基本工作原理是：开关管在控制电路的控制下工作在开关状态。开关管导通时，电压经开关管、储能电感和电容构成回路，充电电流不但在电容两端建立直流电压，而且在储能电感上产生左正、右负的电动势;开关管截止期间，由于储能电感中的电流不能突变，所以，电感通过自感产生右正、左负的脉冲电压。于是，电感右端正的电压→滤波电容一续流二极管→电感左端构成放电回路，放电电流继续在电容两端建立直流电压，电容两端获得的直流电压为负载供电。

　　DC-DC转换器一般由哪些部分组成?

　　开关型DC-DC转换器一般由控制芯片 开关管(K)，电感线圈(L)，二极管(D)，电容器(C )构成。

　　线性型DC-DC转换器,主要部分是线性调节器,由晶体管,齐纳二极管,和偏置电阻等组成

　　DC-DC转换器原理及应用

　　当您电池的最后一焦耳电能被耗尽时，功耗和效率就将真正呈现出新含义。以一款典型的手机为例，即使没有用手机打电话，LCD屏幕亮起、显示时间及正在使用的网络运营商等任务也会消耗电力。如果它是一款更高级的手机，还可以播放您喜爱的MP3音乐或浏览视频数据。不过，每为手机增加一种功能，实际上也增加了电池的负担。对于大多数手机设计者来说，能否延长可用电力的使用时间是您的手机在下次充电前能够持续多久的关键。这意味着电力需要在各种功能模块间小心谨慎地保护和预算，以最大限度地延长电池寿命和使用。

　　要实现真正的效率，并不仅仅意味着DC-DC转换器在负载指定的某个操作点可以获得多高的效率，而是在DC-DC转换器整个载荷范围内这种高效率能够维持多久。一般来说，大部分DC-DC转换器都指定可以达到的最大效率数字，而且人们也通过选择一个非常大的数字(如95%)，毫不犹豫地选择一个合适的转换器。然而，要真正地充分利用这个效率，还需要把转换器的曲柄转到可以实现最大功率转换的操作点上。如果未转到这个点，就不能达到95%的效率。而且因为这个问题，根据所应用的载荷，有时甚至达不到60%的效率。

　　图1 典型效率曲线

　　图1显示在A点可达到95%的效率，在B点却只能达到60%甚至更低的效率。对于便携式消费产品，操作点或负载标尺上的这种差异将非常重要，因为大部分这些电子器件都有多种功能(如播放音乐、拍照或拨打电话)，每种功能都要求一个不同的操作点或不同的DC-DC调节器有效负载。对于那些用户未调用的功能，DC-DC源的功率负载会非常轻，95%的效率将会锐减为50%甚至更低，因为是在图1中的B点。

　　以智能手机为例，在智能手机中，为AP(应用处理器)IO或核心电压供电的DC-DC转换器将在多长时间内把电池内的电力耗尽，这点非常重要。假设您的手机电池在正常使用时(即主要是拨打语音电话)可持续供电最多2～3天。在这段时间(48～72小时)，通常只有一小部分电力用于娱乐活动，如照片的拍摄和浏览或者MP3音乐的播放。它意味着在剩余时间，手机不需要AP完成太多任务;可能只是在AP处于待机或休眠模式中用来刷新DDR存储器。因此，如果AP经常处于这些模式中，它带给转换器的负载将在标尺的轻负载一端，即B点。这表示，AP调节器的功率将永远以50%甚至更低的功效运行，使它成为电池的一个最大消耗源。可见，仅选择一个具有高效率规范的DC-DC调节器是不够的。还需要确保调节器在整个负载范围内都能提供高效率，尤其在轻负载和满负载时。

　　图2 提高轻载荷时的效率

　　针对这一问题，需要创新的解决方案。以飞思卡尔推出的一种全新的DC-DC降压转换器为例，它可在轻负载时提供高效率。MC34726/7系列是同步降压转换器，可以提供高达300mA或600mA的电流，同时实现90%的高效率。转换器的效率如图2所示，它可以在整个负载范围维持高效率，在接近最高负载时达到顶峰。对于轻负载(B点)，效率也能维持在80%以上。该器件利用专用的可调节Z因子模式(Z-Mode)切换架构，实现了PWM和PFM间平稳的转换，而不会牺牲瞬态响应、偏压电流或效率。因此，Z-Mode架构极大地提高了负载电流转换期间的性能，在提供更好的瞬态响应的同时，仍在“休眠”Z-Mode中维持轻负载65μA的低偏压电流。

　　图3 典型应用图

　　该器件接受2.7～5.5V的输入电压范围，并能够在300mA/600mA的持续负载电流中提供0.8～3.3V的输出电压。此外，其2MHz或4MHz的高交换频率也使得它非常适合空间受限的便携式器件，如手机、PDA、DSC、PND、GPS、PMP和其他便携式仪器。图3显示的是该器件的一个典型应用。

DC-DC转换器芯片的技术参数

　　输入、输出与效率

　　DC-DC转换器的输入电压要求在特定的范围里，输入电压太低，无法提供足够的能量，输入电压太高，芯片无法承受。LDO工作效率随着输入电压增加而减少，而DC-DC芯片效率与输入电压关系不大，这是DC-DC最大的优点之一。

　　输出电流能力是内含FET的DC-DC转换器的的最重要的参数，ON的DC-DC器件NCP3102能输出高达10A的电流，可满足您对电源的苛刻要求。

　　效率定义为输出功率除以输入功率，而更高的效率意味着高效的电源管理，ON的DC-DC器件NCP1595效率高达95%。

　　软启动

　　硬启动电路刚开始工作时，由于输出电容上并没有积蓄能量，因此电压很低，电路的反馈回路检测到低电压值时，将会采用最宽的PWM来尽快使输出电压上升，但是此过程由于反馈回路反应很快，因此容易造成电流过冲，损坏电路元件。

　　应用软启动技术，优点在于：

　　输出电压上升的速度减慢，启动电流得到控制，从而保护了负载;

　　大大降低了对前级电源瞬输出态功率的要求;

　　ON大部分的器件支持软启动技术。

　　上下电顺序控制

　　建立和维持合适的电源环境对系统的正常运行至关重要，特别是FPGA、DSP、ARM等处理器的设计中，为了避免闩锁、浪涌电流或I/O争用等问题，可能需要多达4到5路或更多个电源按照规定的顺序和斜率进行上下电。此外，许多应用还要求上电顺序和缓上电斜率可调节，以适应各种不同的情况。

　　NCP3120/3221/3122/3123集成上下电控制功能，而且还支持级联工作。

　　电压模式控制和电流模式控制

　　控制开关DC-DC变换器的反馈回路和稳压特性有两种方法：电压模式控制和电流模式控制。

　　在电压模式控制中，变换器的占空因数正比于实际输出电压与理想输出电压之间的误差差值;在电流模式控制中，占空因数正比于额定输出电压与变换器控制电流函数之间的误差差值(控制电流可以是非隔离拓扑结构中的开关电流或隔离拓扑结构中的变压器初级电流)。

　　电压模式控制只响应输出(负载)电压的变化。这意味着变换器为了响应负载电流或输入线电压的变化，它必须“等待”负载电压的相应变化。这种等待延迟会影响变换器的稳压特性。

　　假若可以在单个变换周期内响应负载电流的变化，则“等待”问题和与电压模式控制有关的相应负载调整补偿可以消除，而用电流模式控制可以做到这点。电流模式控制在逐个脉冲上控制输出电流，换言之，电流模式控制比电压模式控制有着更优越的输入瞬态响应和输出瞬态响应。

　　开关模式与频率

　　

　　DC-DC转换器工作频率越高意味着外部电路体积更小，能提供更高的功率密度，在一定程序上，输出波纹也会变小。

　　PWM (pulse width modulation) 脉冲宽度调制：控制频率恒定而脉冲宽度可变。这种调制方式应用得最广泛。

　　PFM (pulse frequency modulation) 脉冲频率调制：基准振荡器的导通时间固定，而频率可变。在负载比较轻的时候这种调制方式用得比较多。

　　ON的DC-DC器件NCP1526、NCP1522B、NCP1523B工作频率高达3000KHz。

封装

　　根据国内外发展现状，无铅封装的电子元件已经广泛使用，ON的DC-DC器件都可提供无铅绿色封装(Pb-Free)。

　　工作温度范围

　　ON的DC-DC器件提供商用级、工业级及汽车级的芯片。针对您的工作场合，选择合适的器件。

　　过热关断

　　DC-DC芯片里集成了MOSFET，大电流流经芯片就会发热，虽然芯片效率较高，芯片的发热可以得到有效控制。但是，为了保护自身，所有转换器芯片都集成了过热保护功能。器件如果在使用过程中自身温度过高，转换器会自动停止工作并等待温度降低到额定工作温度范围。

　　ON的DC-DC器件已经集成了过热关断功能。

　　集成度

　　随著半导体技术的发展，表面贴装的电感器、电容器以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低，DC-DC转换器体积越来越小。当出现了导通电阻很小的MOSFET后，不需要外部的大功率FET就可以输出很大功率，譬如ON的NCP3101(6A)， NCP3102(10A)!

　　随着集成度的提高，许多新型DC-DC转换器仅需要外接几只电感器和滤波电容等就可以工作，简化了电路的设计和提高了产品的可靠性，如NCP1595等。

　　如何提高DC-DC转换器的抗干扰性?

　　DC-DC转换会形成大量潜在噪声源。线性和开关调节器本身会发射电噪声 (如热噪声、1/f噪声和散粒噪声)。热噪声是导体中的载流子随机热激励振动造成的。闪变噪声 (1/f) 是一种低频噪声。半导体器件中的1/f 噪声主要与材料表面特性有关。散粒噪声是电流不是平稳、连续地通过器件时产生的一种现象，实际是一些脉冲电流的总和 (载流子流动产生的，每一路载有一个电子电荷)。当然，除这些电噪声源外，开关频率处 (开关调节器中) 存在的输出电压尖峰脉冲，以及每类调节器 (线性和开关式) 频率范围内的输出负载，由于两类DC-DC转换器负载和线性调节特性的限制也会形成噪声。探测和检查噪声的发生及其频率，以便了解其对DC-DC转换器输出端供电器件的影响是最基本的要求

　　a必须认真确定电路功率要求和稳压器输出特性。

　　b通过增加必要的电源去耦电容，进一步滤除线性调节器输入和输出中不希望出现的纹波来加以改善, 去耦可以非常有效地滤除 (频带限制) 线性调节器的噪声功率

　　c必须认真考虑这种热量转换因素,减少热噪声

　　d电源设计最好考虑并联，而不是串联组件。防止噪声叠加

　　e实现电源“点对点布线”，即每个电源组件背面布线连接DC-DC转换器Vout，电源层布线接地。电源“点对点”布线实际迫使感应迹线与电源组件串联。这样，电感器有助于并可以实际起到滤除DC-DC转换器噪声，以及组件馈入DC-DC转换器Vout噪声的作用。以这种方法连接，电源电路组件彼此之间以及与DC-DC转换器可以隔离! 当然，电源电路接地绝不能采用这种连接方法。DC-DC转换器基准脚是GND端口 (Vin至Vout的公用基准)。如果您想将电路作为DC-DC转换器的基准，从而使其成为Vout和Vin的基准，地线不得含有感应，构成理想的接地层。这样可以保证基准电路! 当去耦电容放在组件电源引脚时，电容的分流作用可在需要交流电源时为组件电源引脚供电，同时将组件产生的噪声接地。正确设计电源层往往是PCB设计最主要的部分。

　　f请记住，地线是基准 (在尽可能大和宽的范围内记住这一点)，其他所有线路都可以视为信号线，然后根据所需最大性能设计迹线!

　　g 如果涉及电源外部干扰应该可以考虑加金属屏蔽壳。

DC-DC转换电路设计的时候，PCB布线需要注意哪些方面?

　　a最理想的PCB布局需要将固态电源和接地层连接电源电路的组件。但实际环境下很快会出现操作上的限制。出于成本考虑，PCB设计需要采用简单的单面或双面布局。因此，设计师往往首先重点考虑所有信号迹线的连接，然后，无论所剩空间多大，再考虑电源和地线布局。这种情况会使设计脱节，而且一般会增加多余的寄生阻抗，实际上这是造成大部分电路性能下降问题的主要原因。

　　b设计师只要记住电路中所有端口即是输入也是输出，设计便开始变得简单了。请记住，地线是基准 (在尽可能大和宽的范围内记住这一点)，其他所有线路都可以视为信号线，然后根据所需最大性能设计迹线!

　　c在布线时线宽和线距也要注意,减少寄生干扰产生.

　　DC-DC设计中，电感的电感量范围应该选择多少比较合适，这样选择的优势是什么?

　　开关电源中的电感确定：开关频率低，由于开和关的时间都比较长，因此为了输出不间断的需要，需要把电感值加大点，这样可以让电感可以存储更多的磁场能量。同时，由于每次开关比较长，能量的补充更新没有如频率高时的那样及时，从而电流也就会相对的小点。

　　这个原理也可以用公式来说明：L=(dt/di)*uL

　　D=Vo/Vi，降压型占空比 D= 1- Vi/Vo，升压型占空比

　　dt=D/F ，F=开关频率

　　di=电流纹波

　　所以得 L=D*uL /(F*di)，当F 开关频率低时，就需要L 大一点;同意当L 设大时，其他不变情况下，则纹波电流di 就会相对减小在高的开关频率下，加大电感会使电感的阻抗变大，增加功率损耗，使效率降低。同时，在频率不变条件下，一般而言，电感值变大，输出纹波会变小，但电源的动态响应(负载功耗偶尔大偶尔小，在大小变化之间相应慢)也会相应变差，所以电感值的选取可以根据电路的具体应用要求来调整以达到最理想效果