DCDC原理与应用

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1、DC/DC基本知识DC/DC是开关电源芯片。开关电源，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关（MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。开关电源可以用于升压和降压。我们常用的DC-DC产品有两种。一种为电荷泵（ChargePump），一种为电感储能DC-DC转换器。本文详细讲解了这两种DC/DC产品的相关知识。目录一.电荷泵1.工作原理2.倍压模式如何产生3.电荷泵的效率4.电荷泵的应用5.电荷泵选用要点二.电感式DC/DC1.工作原理（B

2、UCK）2.整流二极管的选择3.同步整流技术4.电感器的选择5.输入电容的选择6.输出电容的选择7.BOOST与BUCK的拓扑结构一.电荷泵电荷泵为容性储能DC-DC产品，可以进行升压，也可以作为降压使用，还可以进行反压输出。电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。1.工作原理电荷泵是通过外部一个快速充电电容（FlyingCapacitor），内部以一定的频率进行开关，对电容进行充电，并且和输入电压一起，进行升压（或者降压）转换。最后以恒压输出。在芯片内部有负反馈电路，以保证输出电压的稳定，如上图Vout，经R1,R2分压得到电压V2，与基准电压VREF做比较，经过误差放大器A

3、，来控制充电电容的充电时间和充电电压，从而达到稳定值。电荷泵可以依据电池电压输入不断改变其输出电压。例如，它在1.5X或1X的模式下都可以运行。当电池的输入电压较低时，电荷泵可以产生一个相当于输入电压的1.5倍的输出电压。而当电池的电压较高时，电荷泵则在1X模式下运行，此时负载电荷泵仅仅是将输入电压传输到负载中。这样就在输入电压较高的时候降低了输入电流和功率损耗。2.倍压模式如何产生以1.5xmode为例讲解：电压转换分两个阶段完成。第一阶段在第一阶段，C1和C2串联。假设C1=C2，则电容充电直到电容电压等于输入电压的一半VC1+-VC1-=VC2+-VC2-=VIN/2第二阶段在第二

4、阶段，C1和C2并联，连接在VIN和VOUT之间。VOUT=VIN+VIN/2=1.5VIN3.效率电荷泵的效率是根据电荷泵的升压模式，输入电压和输出电压所决定，如果是以2倍压模式进行升压，那么它的效率为Vout/2Vin。输入电压越小，效率越高。4.电荷泵应用在我们的设计中，电荷泵经常被用作白光LED驱动，一般在手机中应用于并联LCD背光驱动芯片。而串联背光驱动芯片则应选择电感式的DC/DC，因为它对电压要求较高。5.电荷泵选用要点选用电荷泵时考虑以下几个要素：•转换效率要高•静态电流要小，可以更省电；•输入电压要低，尽可能利用电池的潜能；•噪音要小，对手机的整体电路无干扰；•功能集成

5、度要高，提高单位面积的使用效率，使手机设计的更小巧；•足够的输出调整能力，电荷泵不会因工作在满负荷状态而发烫；•封装尺寸小是手持产品普遍要求；•按装成本低，包括周边电路少占PCB板面积小，走线少而简单；•具有关闭控制端，可在长时间待机状态下关闭电荷泵，使供电电流消耗近乎为0。二.电感式DC/DC它是通过电感不断的储能/放电，最后达到稳定电压/电流输出的转换器。根据输出电压与输出电压的高低比较，可以分为boost（输出电压远高于输入电压）和buck（输出电压低于输入电压）。它们的拓扑结构不同。Boost一般用于lcd串联背光驱动以及oled驱动，一般使用得输出电压在十几伏。Buck用于多媒

6、体协处理器的核电压。1.工作原理（BUCK）上图降压转换器最基本的电路：是利用MOSFET开关闭合时在电感器中储能，并产生电流。当开关断开时，贮存的电感器能量通过二极管输出给负载。输出电压值与占空比（开关开启时间与整个开关周期之间的比）有关。2.整流二极管的选择该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比所期望的最大负载电流大得多。其正向电压降必须很低，以避免二极管导通时有过大的损耗。此外，因为MOSFET工作于高频开关模式，所以需要二极管具有从导通状态到非导通状态时，很快恢复。反应速度越快，DC/DC的效率越高。肖特基二极管(而非传统的超快速二极管)具有更低

7、的正向电压降和极佳的反向恢复特性。3.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，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC／DC变换器的效率。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。当输出电压降低时，二极管的正向电压的影响很重要，它将降低转换器的效率。物理特性的