• DCDC概念

DCDC的意思是直流變（到）直流（不同直流電源值的轉(zhuǎn)換），只要符合這個(gè)定義都可以叫DCDC轉(zhuǎn)換器.

具體表示的是將某一電壓等級(jí)的直流電源變換其他電壓等級(jí)直流電源的裝置。DC/DC按電壓等級(jí)變換關(guān)系分升壓電源和降壓電源兩類，按輸入輸出關(guān)系分隔離電源和無隔離電源兩類。

• 一般應(yīng)用

? ? ? 一般產(chǎn)品中降壓DCDC和LDO應(yīng)用比較多，我們能看到的電子產(chǎn)品中都有它的身影，LDO我們下篇介紹；有些特殊產(chǎn)品或場(chǎng)合會(huì)用到升壓DCDC，比如有些車載產(chǎn)品，或者有高壓直流器件等；綜合來說，這類器件廣泛應(yīng)用于郵電、通信、電力、煤礦、航空航天、軍工、監(jiān)控系統(tǒng)、鐵路信號(hào)、醫(yī)療設(shè)備、儀器儀表、顯示屏、自動(dòng)化控制、有線電視等領(lǐng)域。

• 選用考量因素：

dcdc電源芯片除了最基本的電壓轉(zhuǎn)換性能外，還常常需要考慮以下幾個(gè)方面的參數(shù)：

1． 額定功率

一般建議實(shí)際使用功率是dc-dc電源芯片額定功率的30～80%為宜，也就是降額70%使用，這個(gè)功率范圍內(nèi)dc-dc電源芯片各方面性能發(fā)揮都比較充分而且穩(wěn)定可靠。負(fù)載太輕造成資源浪費(fèi)，太重則對(duì)溫升、可靠性等不利。所有dc-dc電源芯片均有一定的過載能力，但是仍不建議長(zhǎng)時(shí)間工作在過載條件下，畢竟這是一種短時(shí)應(yīng)急之計(jì)。

2．封裝形式

dc-dc電源芯片的封裝形式多種多樣，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的也有，非標(biāo)準(zhǔn)的也有，就同一公司產(chǎn)品而言，相同功率產(chǎn)品有不同封裝，相同封裝有不同功率，那么怎么選擇封裝形式呢？主要有三個(gè)方面：

• 一定功率條件下體積要盡量小，這樣才能給系統(tǒng)其他部分更多空間更多功能；

• 盡量選擇符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)封裝的產(chǎn)品，因?yàn)榧嫒菪暂^好，不局限于一兩個(gè)供貨廠家；

• 應(yīng)具有可擴(kuò)展性，便于系統(tǒng)擴(kuò)容和升級(jí)。選擇一種封裝，系統(tǒng)由于功能升級(jí)對(duì)電源功率的要求提高,電源芯片封裝依然不變,系統(tǒng)線路板設(shè)計(jì)可以不必改動(dòng),從而大大簡(jiǎn)化了產(chǎn)品升級(jí)更新?lián)Q代，節(jié)約時(shí)間。

3．溫度范圍與降額使用

一般廠家的dcdc電源芯片都有幾個(gè)溫度范圍產(chǎn)品可供選用：商品級(jí)、工業(yè)級(jí)、軍用級(jí)等，在選擇dc-dc電源芯片時(shí)一定要考慮實(shí)際需要的工作溫度范圍，因?yàn)闇囟鹊燃?jí)不同材料和制造工藝不同價(jià)格就相差很大，選擇不當(dāng)還會(huì)影響使用，因此不得不慎重考慮?？梢杂袃煞N選擇方法：一是根據(jù)使用功率和封裝形式選擇，如果在體積（封裝形式）一定的條件下實(shí)際使用功率已經(jīng)接近額定功率，那么模塊標(biāo)稱的溫度范圍就必須嚴(yán)格滿足實(shí)際需要甚至略有裕量。二是根據(jù)溫度范圍來選，如果由于成本考慮選擇了較小溫度范圍的產(chǎn)品，但有時(shí)也有溫度逼近極限的情況，怎么辦？最常用的方法就是降額使用。即選擇功率或封裝更大一些的產(chǎn)品，這樣“大馬拉小車”，溫升要低一些，能夠從一定程度上緩解這一矛盾。總之要么選擇寬溫度范圍的產(chǎn)品，功率利用更充分，封裝也更小一些，但價(jià)格較高；要么選擇一般溫度范圍產(chǎn)品，價(jià)格低一些，功率裕量和封裝形式就得大一些，所以很多時(shí)候需要工程師進(jìn)行折衷考慮。

4．工作頻率

一般而言工作頻率越高，輸出紋波噪聲就更小，電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)也更好，但是對(duì)元器件特別是磁性材料的要求也越高，成本會(huì)有增加，所以dc/dc電源芯片開關(guān)頻率多為在300kHz以下，甚至有的只有100kHz左右，這樣就難以滿足負(fù)載變條件下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求，因此高要求場(chǎng)合應(yīng)用要考慮采用高開關(guān)頻率的產(chǎn)品。近幾年也有工作頻率為1MHz或者3MHz的產(chǎn)品，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品日益提升的要求。

另外一方面當(dāng)dc-dc電源芯片開關(guān)頻率接近信號(hào)工作頻率時(shí)容易引起差拍振蕩，選用時(shí)也要考慮到這一點(diǎn)。

5．故障保護(hù)功能

有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，dcdc電源芯片在預(yù)期有效時(shí)間內(nèi)失效的主要原因是外部故障條件下?lián)p壞。而正常使用失效的機(jī)率是很低的。因此延長(zhǎng)壽命、提高系統(tǒng)可靠性的重要一環(huán)是選擇保護(hù)功能完善的產(chǎn)品，即在電源外部電路出現(xiàn)故障時(shí)模塊電源能夠自動(dòng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)而不至于永久失效，外部故障消失后應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)正常。電源設(shè)計(jì)的保護(hù)功能應(yīng)至少包括輸入過壓、欠壓、軟啟動(dòng)保護(hù)；輸出過壓、過流、短路保護(hù)，大功率產(chǎn)品還應(yīng)有過溫保護(hù)等。

6．功耗和效率

根據(jù)公式 ，其中Pin、Pout、P耗分別為模塊電源輸入、輸出功率和自身功率損耗。由此可以看出，輸出功率一定條件下，模塊損耗P耗越小，則效率越高，溫升就低，壽命更長(zhǎng)。除了滿載正常損耗外，還有兩個(gè)損耗值得注意：空載損耗和短路損耗（輸出短路時(shí)模塊電源損耗），因?yàn)檫@兩個(gè)損耗越小，表明模塊效率越高，特別是短路未能及時(shí)采取措施的情況下，可能持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，短路損耗越小則因此失效的機(jī)率也大大減小。當(dāng)然損耗越小也更符合節(jié)能的要求。

• 設(shè)計(jì)考量

在設(shè)計(jì)電源模塊的時(shí)候，第一時(shí)間要把該電源IC的datasheet資料下載好，查看里面的說明；

說明部分都會(huì)對(duì)外圍器件參數(shù)的選擇給出詳細(xì)的講解和計(jì)算的公式，有些廠商還會(huì)給出參考BOM；每做一款新的DCDC芯片，都要對(duì)所有參數(shù)的計(jì)算過程進(jìn)行詳細(xì)的了解，以及實(shí)際的計(jì)算；

原理部分這樣做就好了；

PCB部分的要點(diǎn)在于以下幾個(gè)方面：

1、一般DCDC電源布局先找到主電流流向，先布置主電流一般為“一”或者“L”型

2、電感靠近輸出（SW）位置，外置肖特基二極管放置在（SW）附近

3、反饋采樣點(diǎn)（電壓取樣點(diǎn)）應(yīng)該在濾波電容之后，這樣紋波會(huì)盡量減小 ，反饋路徑盡量短；

4、濾波電容位置應(yīng)根據(jù)電流的流向布置

LAYOUT方面一般要考慮好3個(gè)回路。

下圖兩個(gè)回路是電流回路，PCB上要將他們的面積做到最小，否則電源質(zhì)量，以及干擾會(huì)比較大；

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另外一個(gè)是高頻回路，高頻回路不好的話會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的EMC干擾 ；?? ??

以SEPIC電路為例

在開關(guān)管Q1導(dǎo)通和斷開的兩個(gè)狀態(tài)中，L1和L2上的電流都是一個(gè)漸變的過程，所以L1和L2不是電路中的高頻部分。

Q1自己通過的電流變化是一個(gè)高頻變化的量。

二極管D1是一個(gè)高頻變化的量，當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，D1上的電流瞬間變?yōu)?。

所以電路中的高頻部分就是Q1和D1，但是這還不完整，我們得看看高頻部分的完整回路。

上圖畫出了BUCK、BOOST、SEPIC的高頻回路。

其中SEPIC電路中高頻回路是由Q1、Cs、D1、Cout組成，所以在布局的時(shí)候把這四個(gè)元器件盡量擺放的近一點(diǎn)，讓它們首尾相連，使得整個(gè)電流回路面積盡量小，這樣對(duì)外產(chǎn)生的干擾就會(huì)小。

BUCK、BOOST電路也是一樣的，使高頻回路的面積盡量小即可減少干擾。

另外，在設(shè)計(jì)Layout時(shí)盡量單面布局，讓DC-DC的背面有一個(gè)完整的地平面。