DC/DC转换器是转换输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。IoT硬件设计也得到了广泛的应用
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电荷泵式DC/DC
在IoT硬件设计有两种DC/DC它被广泛使用，一种是电荷泵，另一种是电感式。让我们先讨论一下电荷泵，电感一会儿
1.什么是电荷泵？
电荷泵是容性储能DC/DC产品可以升压或降压，当然也可以反压输出。电荷泵的优点是消除了电感带来的所有磁场和电磁干扰，但缺点是不能大功率应用
2.电荷泵的特点及应用
1、效率高、体积小、静态电流低、最低工作电压低、噪音低、电磁干扰低。由于没有磁场的高速变换，即电磁和电磁的高速变换，电磁干扰几乎可以忽略电容器的高速充放电过程；
2.从目前实用的硅集成技术来看，电容集成比电感集成更容易、更便宜，电荷泵更容易实现高集成，输出电压调节范围更大；
3.整体应用电路成本低。
目前使用的电荷泵主要难以实现大功率、高压应用，目前电感开关DC-DC转换器也有无与伦比的优点。具体而言，电荷泵的主要用途如下：
a、小功率倍压和电压反转应用，如单电源5V、3V系统为RS提供232等串行系统±12信号电平。
b、电压反转应用，如耳机放大器，现在流行的无电容器实地输出IC，这些耳放IC单电源供电，内部集成电荷泵，无需输出电容即可实现，耳机公共端也可直接接地，典型产品如MAX4411以及OPA4411。下图是耳放中使用的电荷泵反压电路。
c、目前，主流应用是驱动LED尤其白光LED，在手机、数码相机等电池供电领域，为LED背光照明和LED闪光灯提供适当的电源。另一个广泛的应用是为了EEPROM和flash这些存储器提供读写电源IC电源轨一般为1.8V、3.3V，而读取需要 5V，擦写需要12V，将电荷泵集成到这些存储器中IC单一电源供电可在中间实现。
三、电荷泵原理
电荷泵通过外部快速充电（Flying Capacitor，一般选择NP陶瓷电容器瓷电容器)，charge pump内部以一定频率开关，充电电容，与输入电压一起升压、降压、反压转换，最后以恒定电压输出。
在芯片内部有负反馈电路，以保证输出电压的稳定，如上图中Vout，经过R32和R53分压后得到V1、基准电压VREF比较误差放大器后U9-A，控制充电电容的充电时间和充电电压。从而达到稳定值。
电荷泵倍压
在两个阶段实现电荷泵的电压变换。第一阶段，开关S5和S关闭，开关S3和S4打开，电容C充电到输入电压：
在第二阶段，开关S3和S4关闭，而S5和S打开。因为电容C输出电压跳转变为输入电压的两倍。
电荷泵解决方案在应用中也存在缺点，只能提供有限的输出电压范围，绝大多数电荷泵的转换率只能达到输入电压的两倍，这意味着输出电压不能高于输入电压的两倍。
根据电荷泵的升压模式，电荷泵的效率， 由输入电压和输出电压决定， 如果是以2 双压模式升压，其效率为Vout/2Vin 。输入电压越小，效率越高。
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电感式DC/DC
什么是电感式？DC/DC
电感式DC/DC它通过电感不断储能 / 放电最终达到稳定电压/ 电流输出转换器。根据输出电压与输出电压的比较，可分为boost (输出电压远高于输入电压)和buck（输出电压低于输入电压）。拓扑结构不同。与电荷泵类型相比，它可以输出相对较大的电流和宽范围的电压，但拓扑结构使这种结构DC/DC特别是电磁干扰严重，特别是在RF在电路应用中，经常给予EMC检测干扰较大。
2、电感式DC/DC原理
a、BUCK电路，即降压DC/DC
当开关出现时，降压变换器的原理图如上图所示S6关闭时，加入电感L两端的电压为（VIN-VOUT），此时，电感由电压引起（VIN-VOUT）励磁，电感增加的磁通为：
（） 当开关断开时，由于输出电流的连续性，二极管D8变为导通，电感削磁，电感减少的磁通为:（VOUT）*Toff。当开关关闭合并断开时，（）（）
由于占空比D<1，所以VIN>VOUT，实现降压功能。
在实际应用中使用上图中的开关PWM控制MOS管道的通断实现了开关的变化
当然，在实际应用中，还需要通过采样电阻对输出电压进行采样，以达到动态调节电压的目的。
b、boost拓扑电路，升压DC/DC
升压变换器原理图如上图所示，当开关关闭时，输入电压加在电感上，电感由电压组成（VIN）励磁，电感增加的磁通为：（VIN）*Ton。
当开关断开时，由于输出电流的连续性，二极管D9变为导通，电感削磁，电感减少的磁通为:（VOUT- VIN）*Toff。当开关关闭合并断开时，
（）（）
由于占空比D<1，所以Vi<Vo，实现升压功能。
同样，在实际应用中，开关被替换MOS管，加入反馈。如下图所示，加入采样电阻R72和R74用开关电路代替PWMP控制mos管。
c、升降压DC/DC
当开关关闭时，电感由电压引起（VIN）电感增加的励磁通量为：（VIN）*Ton；当开关断开时，电感削磁，电感减少的磁通量为：（VOUT）*Toff。当开关闭合并断开时，增加的磁通等于减少的磁通，（VIN）*Ton=（VOUT）*Toff，根据Ton比Toff值不同，可能Vi< Vo，也可能Vi>Vo。
3.构建电感式DC/DC选择电路相关部件
a、选择整流二极管
二极管必须具有与输出电压相等或更大的反向额定电压。其平均额定电流必须远大于预期的最大负载电流。其正向电压降必须很低，以避免二极管导通过时的过度损耗。此外，因为MOSFET在高频开关模式下工作，需要二极管从导通状态到非导通状态快速恢复。反应速度越快，反应速度越快。 DC/DC 效率越高。二极管肖特基( 而不是传统的超快速二极管) 正向电压降较低，反向恢复特性极佳。
当然，也可以使用整流二极管MOS替代管道，需要同步整流技术。同步整流是采用通态电阻极低的专用功率 MOSFET一代整流二极管以减少整流损失的新技术。它可以大大提高DC／DC变换器的效率。功率MOSFET属于电压控制装置，导通时伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压与被整流电压的相位保持同步，才能完成整流功能，因此称为同步整流。
当输出电压降低时，二极管正电压的影响非常重要，这将降低转换器的效率。物理特性的极限使二极管的正电压降难以降低到0.3V以下。相反，通过增加硅片的尺寸或并行连接分离器来减少MOSFET的导通电阻R DS(ON)。因此，在给定电流下使用一个 MOSFET替代二极管可以获得比二极管小得多的电压降。
在同步降压转换器中，使用两个低端 MOSFE用T代替肖特基二极管可以提高效率。MOSFET必须以互补的模式驱动，在它们的导通间隙之间有一个小的死区时间（ dead time ），避免同时导通。MOSFET由于电流从源极流到漏极，在第三象限下工作。
b、选择电感器
升压电感器会随着开关的打开和关闭而经历电流纹波。一般建议纹波电流应低于平均电感电流的20%。感过大将要求使用大得多的电感器，而电感太小将引起更大的开关电流，特别在输出电容器中，而这又要求更大的电容器。
电感值的选择取决于期望的纹波电流。如下等式所示，
较高的VIN或VOUT也会增加纹波电流。电感器当然必须能够在不造成磁芯饱和( 意味着电感损失) 情况下处理峰值开关电流。由公式可以得出如下结论：
1）、开关频率越高，所需的电感值就可以减小；
2）、电感值增大，可以降低纹波电流和磁芯磁滞损耗。但电感值的增大，电感尺寸也相应的增大，电流变化速度也减慢。为了避免电感饱和，电感的额定电流值应该是转换器最大输出电流值与电感纹波电流之和。
电感的直流电阻( ) ，取决于所采用的材料或贴片电感器的构造类型，在室温条件下通过简单的电阻测量即可获得。 的大小直接影响线圈的温度上升。因此，应当避免长时间超过电流额定值。
线圈的总耗损包括 中的耗损和下列与频率相关联的耗损分量：磁芯材料损耗( 磁滞损耗、涡流损耗) ；趋肤效应造成的导体中的其他耗损( 高频电流位移) ；相邻绕组的磁场损耗( 邻近效应) ；辐射损耗。
将上述所有耗损分量组合在一起构成串联耗损电阻( ) 。耗损电阻主要用于定义电感器的品质。然而，我们无法用数学方法确定 ，一般采用阻抗分析仪在整个频率范围内对电感器进行测量。
电感线圈电抗( ) 与总电阻( ) 之比称为品质因素Q，参见如下公式
电抗总电阻
品质因素被定义为电感器的品质参数。损耗越高，电感器作为储能元件的品质就越低。
品质—频率图可以帮助选择针对特定应用的最佳电感器结构。可以将损耗最低(Q 值最高) 的工作范围定义为一直延伸到品质拐点。如果在更高的频率使用电感器，损耗会剧增(Q 降低) 。良好设计的电感器效率降低微乎其微。不同的磁芯材料和形状可以相应改变电感器的大小/ 电流和价格/ 电流关系。采用铁氧体材料的屏蔽电感器尺寸较小，而且不辐射太多能量。选择何种电感器往往取决于价格与尺寸要求以及相应的辐射场/EMI 要求。
b、输入电容的选择
因为buck 有跳跃的输入电流，需要低ESR的输入电容，实现最好的输入电压滤波。输入电容值必须足够大，来稳定重负载时的输入电压。如果用陶瓷输出电容，电容RMS纹波电容范围应该满足应用需求。陶瓷电容具有低ESR值，表现出良好的特性。并且与钽电容相比，陶瓷电容对瞬时电压不敏感。
c、输出电容的选择
输出电容器的有效串联电阻(ESR)和电感器值会直接影响输出纹波电压。利用电感器纹波电流( ) 和输出电容器的ESR可以简单地估测输出纹波电压。输出电压纹波是由输出电容的 ESR引起的电压值，和由输出电容冲放电引起的电压纹波之和
有些厂家的DC/DC产品的内部有补偿环路，以实现最佳的瞬态响应和环路稳定性。当然，内部补偿能够理想地支持一系列工作条件，而且能够敏感地响应输出电容器参数变化。