硬件设计：电源设计--DC/DC详细说明工作原理和芯片
参考资料：DC/DC降压电源芯片和结构
MP2315(DC/DC解读电源芯片
DC/DC电源详解
第一次写博客，不喜欢就不喷，谢谢！
DC/DC从这个定义来看，电源是指直流转换为直流的电源，LDO芯片也应属于低压差线性稳压器DC/DC电源，但通常只将直流转换为直流，通过开关实现的电源称为DC/DC电源。
要理解DC/DC工作原理，首先要了解一个定律和开关电源的三个基本拓扑(不要认为开关电源的基本拓扑很难，继续往下看)
1.电感电压伏秒平衡定律
是不是觉得有点难理解，然后往下看公式推导过程？
伏秒平衡方程计算过程：
电感的基本方程是：V(t)=L*dI(t)/dt,也就是说，电感两端的电压等于电感值乘以电感电流随时间。
根据上述方程，可得dI(t)=1/L∫V(t)dt,对于稳态的功率变换器，应确保电感中的能量在一个周期内相等充放V-t图中表示其面积之和为0，因此得出电感电压伏秒平衡定律。这里可参考：DC/DC详细说明第8页的电源(如果这里不能理解，可以先阅读以下开关电源的三个基本拓扑工作原理)。
扩展资料：
1.当电感突然增加电压时，电流逐渐增加，电感越大，电流增加越慢；
2.当电感上的电流突然中断时，电感两端会产生瞬时高压，电感越大，电压越高；
电容器的基本方程为：I(t)=dV(t)/(C*dt)，当电流通过电容时，电容器两端的电压逐渐增加，电容量越大，电压增加越慢；
2.三种基本拓扑开关电源
2.1、BUCK降压型
图1BUCK基本拓扑简化工作原理图
图2电感V-t特性图
BUCK降压型基本拓扑原理如图1所示，其电感L1的V-t如图2所示。
当PWM驱动MOS管Q导通时，忽略MOS电感器两端的电压保持不变Vin-Vo，根据电感的基本方程：V(t)=L*dI(t)/dt,当电感正向伏秒为：V*Ton=(Vin-Vo)*Ton。
当PWM驱动MOS管Q1截至时，电感电流通过续流二极管D1形成电路(忽略二极管压降)，电感电流不突变，电感两端电压保持不变Vo,方向与(Vin-Vo)相反，电感电流向伏秒为：V*Toff=Vo*(Ts-Ton)，Ts为PWM波形周期。
根据电感电压伏秒平衡定律可得：(Vin-Vo)*Ton=Vo*(Ts-Ton)
即
2.2、BOOST升压型
图3 BOOST基本拓扑简化工作原理图
图3是BOOST其分析方法及升压型基本拓扑的简化原理图BUCK类似的电路分析。
当PWM驱动MOS电感的正伏秒为：Vin*Ton;
当PWM驱动MOS当管道截止时，电感的反向伏秒为：(Vo- Vin)*(Ts-Ton)。
根据电感电压伏秒平衡定律：Vin*Ton=(Vo- Vin)*(Ts-Ton)
即
2.3、BUCK-BOOST极性反转升降压型(该电路中二极管方向反了)
图4BUCK-BOOST基本拓扑简化工作原理图
BUCK-BOOST当电路分析方法与上述两种类型相同时，当MOS电感的正伏秒为：Vin*Ton；当MOS电感的反向伏秒为：-Vo*(Ts-Ton)。
根据电感电压伏秒平衡定律：Vin*Ton=-Vo*(Ts-Ton)
即
扩展资料
1、DC/DC电源芯片主要通过比较反馈电压和内部基准电压来调节MOS保证输出电压的稳定性。
2.同步整流技术
由于二极管导通时会有管压降，所以续流二极管消耗的功率会变成DC/DC电源的主要功耗受到严重限制DC/DC提高电源芯片的效率。为了解决这个问题，导电阻很小MOS取代续流二极管，然后通过控制器同时控制开关管和同步整流管，确保两个MOS管道不能同时导通，负责短路。
图5 同步整流BUCK电路
DC/DC电源属于斩波类型，即根据一定的调制方法，不断引导和关闭高速开关。直流电源电平的转换可以通过控制开关开关的空间比来实现。DC/DC调制电源有三种方式：PWM方式、PFM方式、PWM与PFM混合模式。
1.PWM(脉冲宽度调制)
PWM稳定电源电压的输出是通过调整脉冲宽度(占空比)来实现的。PWM调制方式下，开关频率恒定，即长时间不关闭。
优点:噪音低，效率高，对负载变化响应快，支持连续供电工作模式。
缺点：轻负荷效率低，电路工作不稳定，设计中需要提供假负荷。
2.PFM(脉冲频率调制)
PFM调整开关频率，实现稳定的电源电压输出。PFM当输出电压超过上阈值电压时，输出将关闭，直到输出电压降至低于下阈值电压。
优点：功耗低，负载轻，效率高，无需提供假负荷。
缺点：负载变化响应缓慢，输出电压噪声和纹波较大，不适合连续供电。
接下来我们来看看DC/DC电源芯片内部的单元模块，让我们来看看基本拓扑和电源芯片之间的联系。让我们先看一张图片。
图6 DC/DC电源芯片内部构图
1.误差放大器：误差放大器的功能是反馈电压(FB放大引脚电压)与基准电压的差值，然后用信号控制PWM输出信号占空比。
2.温度保护:当温度高于限值时，芯片停止工作。
3.限流保护:如果电流比较器电阻上的电流过大，输出会降低，直到超过下限阈值，电源芯片会打嗝。这种模式可以很好地保护芯片和稳压管，当输出短路时。一旦过流消除，打嗝也会消除。
4.软启动电路:用于电源启动时，减少浪涌电流，缓慢提高输出电压，减少对输入电源的影响。
1.设置输出电压：首先选择合适的R2,R2过小会导致静态电流过大，导致损耗增加；R太大会导致静态电流过小，导致静态电流过小FB引脚的反馈电压对噪对噪声敏感datasheet推荐值范围参考。R2.根据输出电压计算R1的值，R1=((Vout-Vref)/Vref)*R2。
2.电感：在输出最小规定电流之前，电感的选择应保持连续。输出电流、纹波、体积等因素需要综合考虑。较大的电感会导致较小的纹波电流和较低的纹波电压，但电感越大，物理占用面积越大，串联电阻越高，饱和电流越低。一般在芯片上datasheet会有相应的计算公式。
3.输出电容：输出电容的选择主要根据设计中所需的输出纹波要求进行选择。
电容产生的纹波：比较小，可以忽略不计；
电容等效电感产生的纹波：300KHz~500KHz下面，可以忽略不计；
电容等效电阻产生的纹波：与ESR与流过电容电流成正比，电流纹波主要与开关管的开关频率有关，基本上是开关频率的N次谐波。为了减少纹波，让ESR尽量小。