教你如何選擇最佳的開關(guān)式DC/DC轉(zhuǎn)換器

利用電容、電感的儲(chǔ)能的特性，通過可控開關(guān)(MOSFET等)進(jìn)行高頻開關(guān)的動(dòng)作，將輸入的電能儲(chǔ)存在電容(感)里，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電能再釋放給負(fù)載，提供能量就是開關(guān)電源。其輸出的功率或電壓的能力與占空比(由開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間與整個(gè)開關(guān)的周期的比值)有關(guān)。開關(guān)電源可以用于升壓和降壓。

DC/DC轉(zhuǎn)換器是利用MOSFET開關(guān)閉合時(shí)在電感器中儲(chǔ)能，并產(chǎn)生電流。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，貯存的電感器能量通過二極管輸出給負(fù)載。如下圖所示：

三種典型的DC/DC變換器框圖

所示三種變換器的工作原理都是先儲(chǔ)存能量，然后以受控方式釋放能量，從而得到所需要的輸出電壓。對(duì)某一工作來講，最佳的開關(guān)式DC/DC變換器是可以用最小的安裝成本滿足系統(tǒng)總體需要的。這可以通過一組描述開關(guān)式DC/DC變換器性能的參數(shù)來衡量，它們包括：高效率、小的安裝尺寸、小的靜態(tài)電流、較小的工作電壓、低噪聲、高功能集成度、足夠的輸出電壓調(diào)節(jié)能力、低安裝成本。

工作效率

①電感式DC/DC變換器：電池供電的電感式DC/DC變換器的轉(zhuǎn)換效率為80%~85%,其損耗主要來自外部二極管和調(diào)制器開關(guān)。

②無(wú)電壓調(diào)節(jié)的電荷泵：為基本電荷泵(如TC7660H)。它具有很高的功率轉(zhuǎn)換效率(一般超過90%)，這是因?yàn)殡姾杀玫膿p耗主要來自電容器的ESR和內(nèi)部開關(guān)管的導(dǎo)通電阻(RDS-ON)，而這兩者都可以做得很低。

③帶電壓調(diào)節(jié)的電荷泵：它是在基本電荷泵的輸出之后增加了低壓差的線性調(diào)節(jié)器。雖然提供了電壓調(diào)節(jié)，但其效率卻由于后端調(diào)節(jié)器的功耗而下降。為達(dá)到最高的效率，電荷泵的輸出電壓應(yīng)當(dāng)與后端調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的電壓盡可能接近。

最佳選擇是：無(wú)電壓調(diào)節(jié)式電荷泵(在不需要嚴(yán)格的輸出調(diào)節(jié)的應(yīng)用中)，或帶電壓調(diào)節(jié)式電荷泵(如果后端調(diào)節(jié)器兩端的壓差足夠小)。

安裝尺寸

①電感式DC/DC變換器：雖然很多新型電感式DC/DC變換器都可以提供SOT封裝，但它們通常仍然需要物理外形較大的外部電感器。而且電感式DC/DC變換器的電路布局自身也需要較大的板級(jí)空間(額外的去耦、特殊的地線處理、屏蔽等)。

②無(wú)電壓調(diào)節(jié)的電荷泵：電荷泵不用電感器，但需要外部電容器。新型電荷泵器件采用SOP封裝，工作在較高的頻率，因此可以使用占用空間較小的小型電容器(1μF)。電荷泵IC芯片和外部電容器合起來所占用的空間，還不如電感式DC/DC變換器中的電感大。利用電荷泵還很容易獲得正、負(fù)組合的輸出電壓。如TCM680器件僅用外部電容即可支持+2 UIN的輸出電壓。而采用電感式DC/DC變換器要獲得同樣的輸出電壓則需要獨(dú)立的兩個(gè)變換器，如用一個(gè)變換器，就得用具有復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變壓器。

③帶電壓調(diào)節(jié)的電荷泵：增加分立的后端電壓調(diào)節(jié)器占用了更多空間，然而許多此類調(diào)節(jié)器都有SOT形式的封裝，相對(duì)減少了占用的空間。新型帶電壓調(diào)節(jié)的電荷泵器件，如TCM850,在單個(gè)8引腳50lC封裝中集成了電荷泵、后端電壓調(diào)節(jié)器和關(guān)閉控制。

最佳選擇是：無(wú)電壓調(diào)節(jié)或帶電壓調(diào)節(jié)電荷泵。

靜態(tài)電流

①電感式DC/DC變換器：頻率調(diào)制(PFM)電感式DC/DC變換器是靜態(tài)電流最小的開關(guān)式DC/DC變換器，通過頻率調(diào)制進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)可在小負(fù)載電流下使供電電流最小。

②無(wú)電壓調(diào)節(jié)的電荷泵：電荷泵的靜態(tài)電流與工作頻率成比例。多數(shù)新型電荷泵工作在150kHz以上的頻率，從而可使用1μF甚至更小的電容。為克服因此帶來的靜態(tài)電流大的問題，一些電荷泵具有關(guān)閉輸入引腳，以在長(zhǎng)時(shí)間閑置的情況下關(guān)閉電荷泵，從而將供電電流降至接近零。

③帶電壓調(diào)節(jié)的電荷泵：后端電壓調(diào)節(jié)器增加了靜態(tài)電流，因此帶電壓調(diào)節(jié)的電荷泵在靜態(tài)電流方面比基本電荷泵要差。

最佳選擇是：電感式DC/DC變換器，特別是頻率調(diào)制(PFM)開關(guān)式。