DC/DC轉(zhuǎn)換器是開關電源芯片，指利用電容、電感的儲能的特性，通過可控開關(MOSFET等)進行高頻開關的動作，將輸入的電能儲存在電容(感)里，當開關斷開時，電能再釋放給負載，提供能量。其輸出的功率或電壓的能力與占空比(由開關導通時間與整個開關的周期的比值)有關。開關電源可以用于升壓和降壓。輸出電壓通過分壓電阻與基準電壓作比較，從而形成一個反饋。當輸出電壓減小并低于基準電壓，比較器輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)并觸發(fā)振蕩電路開始工作。振蕩電路輸出一個固定時間的脈沖，用于控制MOS管的導通。反之則MOS管將被截止。其中導通由振蕩器控制，而截止時間取決于負載。按這樣的方法，即可控制輸出電壓。

工作條件對升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出紋波的影響

關于降壓型和升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出紋波差異，我們將分“降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出紋波電壓”和“升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出紋波電壓”兩部分進行說明。

降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出紋波電壓

為了更好地理解升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器和降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出紋波電壓之間的差異，我們先來了解一下降壓電源的輸出紋波電壓。

降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器會直接輸出受紋波電流影響而波動的電感電流，由輸出電容器對波動的電流進行平滑濾波。被輸出的電流為“直流電流+電感紋波電流”，輸出電容器僅對電感紋波電流(即交流分量)進行平滑濾波。輸出電容器產(chǎn)生的紋波電壓ΔV基本上是通過平滑濾波動作，對輸出電容器充放電的電荷量Q庫侖帶來的電壓波動，即ΔV=Q/C。

更準確地講，波形是根據(jù)充放電電流值，電容器的ESR×充放電電流所產(chǎn)生的電壓、充放電電流的電流變化和ESL分量的微分電壓的總和，在這里我們僅按照基于對電容器充放電電荷量Q庫侖產(chǎn)生的電壓進行說明。

流過電感的電流為“直流分量+紋波電流(P-P值)”。紋波電流在高邊開關導通時間內(nèi)會增加，在低邊開關導通時間內(nèi)會減少，增加和減少的電流的平均值即為直流輸出電流。當超過平均值時向輸出電容器充電，當?shù)陀谄骄禃r則對輸出電容器放電。

因此，充電從高邊開關導通時間的中央開始，在低邊開關導通時間的中央結(jié)束，然后從這個時間點開始放電，并在高邊開關導通時間的中央結(jié)束。充放電電流從0開始，呈線性增減，并形成線性增減的三角形。這種充放電電流用電容器積分得到的電壓呈圖中所示的圓弧形，即輸出電容器產(chǎn)生的紋波電壓。

由于V=Q/C，所以產(chǎn)生的紋波電壓大小取決于電荷量和電容量，與紋波電流的大小成正比，與輸出電容器的電容量成反比。紋波電流的大小是根據(jù)輸入輸出電壓、開關頻率和電感值計算出來的，通常設計時是按照最大輸出電流值的30%左右進行設計的。即使輸出電流值增加或減少，降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的電感紋波電流值也不會改變，因此無論輸出電流值如何，輸出電容器產(chǎn)生的紋波電壓都會保持恒定值。

但是，在輕負載期間(比如當輸出電流小于紋波電流值的一半時)，具有旨在改善二極管整流時和輕負載時效率的輕負載模式的產(chǎn)品，充放電電荷量可能會受導通時間控制或間歇開關工作等因素的影響而變化，紋波電壓也可能會發(fā)生變化。

升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出紋波電壓

在升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器中，會反復執(zhí)行通過在低邊開關導通時電感電流增加來積蓄能量、以及在高邊開關導通時釋放能量來減少電感電流的動作。僅在高邊開關導通期間，電流才會供給輸出電容器，因此，供給的電流是間歇性的脈沖狀充電電流。

在圖例中，假設是效率為100%的理想電源，要將電壓從2V提高到10V1A，需要5A的輸入電流。由于電壓提高了5倍，因此低邊開關的導通時間變?yōu)?0%，高邊開關的導通時間變?yōu)?0%。

在電感器中連續(xù)流過平均5A的電流。在高邊開關導通的20%時間內(nèi)，平均供電電流為5A，負載電流為1A，因此(5A-1A)=4A的充電電流會使輸出電容器的電壓上升，低邊開關導通，電感器儲能時沒有電流供給，所以從輸出電容器放電1A，該放電電流會導致電壓下降。對輸出電容器的充電和放電，導致輸出電壓中產(chǎn)生紋波電壓。

當負載電流恒定時，根據(jù)Q=I×T，充放電的電荷量Q相同，紋波電壓ΔV=Q/Co，因此輸出電容器Co的容量越大，紋波電壓越小。

對于降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器而言，輸出紋波電壓中只有電感紋波電流引起的電流波動量被平滑濾波;而對于升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器而言，由于需要對輸出的脈沖狀供電電流進行平滑濾波，因此，要平滑濾波的電荷量也較大，同等程度的紋波電壓需要使用更大容量的輸出電容器。

使用大容量多層陶瓷電容器作為輸出電容器時，需要注意的是：多層陶瓷電容器具有直流偏置特性，也就是當施加高電壓時，其實際有效電容量會減小。對于降壓型轉(zhuǎn)換器來說，輸出電壓通常較低，因此電容量減少在大多數(shù)情況下不會引發(fā)問題。

然而對于升壓轉(zhuǎn)換器來說，其輸出電壓通常較高，并且在施加高電壓時，其有效電容量可能會大大減少，甚至只有標稱容量的幾分之一。有效電容量的大幅減少，不僅會產(chǎn)生數(shù)倍于設計值的紋波電壓，還可能會因輸出容量不足而產(chǎn)生瞬態(tài)響應特性和負反饋控制安全性方面的問題，因此必須對實際有效的電容量進行確認。