DC/DC轉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。

想要熟練的設計應用一些DC-DC功率IC的話掌握最基本的原理，那是無可厚非了，那我就開始班門弄斧了，如果有寫的不對的地方，希望有專業(yè)的大佬給予指正。首先因為電感在電路中的連接方式導致DC-DC電路分三種基本類型，那就是我們熟知的《升壓轉換電路》《降壓轉換電路》《升降壓轉換電路》那哪種情況下會用到這三種電路中的哪一種呢?其實這個很簡單，如果前端的輸入電壓比負載端的電壓低的時候，我們需要驅動負載的話，那我們肯定選擇升壓電路，前端電路的輸入電壓比負載電壓高的話，那就選擇降壓電路，也存在一種情況就是說如果前端輸入電壓是一個寬泛的范圍，后端的負載電壓也可能存在一個寬泛的范圍，那可能有時候需要降壓，有時候需要升壓，那就當然選擇升降壓電路。我們以升壓電路為例，說明一下原理：首先了解一下伏秒定律，電感復位 占空比這幾個名詞，因為這三種電路中存在一種必不可少的電子元器件 那就是電感。電感方程：V=L*△I/△t，電感的電壓與電感值以及電流變化值，時間的關系式。

電荷泵是通過外部一個快速充電電容(Flying Capacitor)，內(nèi)部以一定的頻率進行開關，對電容進行充電，并且和輸入電壓一起，進行升壓(或者降壓)轉換。最后以恒壓輸出。在芯片內(nèi)部有負反饋電路，以保證輸出電壓的穩(wěn)定，與基準電壓VREF做比較，經(jīng)過誤差放大器A，來控制充電電容的充電時間和充電電壓，從而達到穩(wěn)定值。電荷泵可以依據(jù)電池電壓輸入不斷改變其輸出電壓。例如，它在1.5X或1X的模式下都可以運行。當電池的輸入電壓較低時，電荷泵可以產(chǎn)生一個相當于輸入電壓的1.5倍的輸出電壓。而當電池的電壓較高時，電荷泵則在1X模式下運行，此時負載電荷泵僅僅是將輸入電壓傳輸?shù)截撦d中。這樣就在輸入電壓較高的時候降低了輸入電流和功率損耗。

電感會充電也會放電，那么電感在DC-DC轉換電路中需要達到穩(wěn)態(tài)，也就是電感復位這個詞，穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下的充電時電感電流(能量)增量必然會等于電感放電時的電感電流減量,△Ion=△Ioff,這里的on 跟off 代表電感的充電放電的兩個過程，IDC為電流的直流分量,也就是平均電感電流。

在功率半導體元件及電力電子等相關技術產(chǎn)生之前，若要將小功率的直流電轉換成較高電壓的直流電，可以先用震蕩電路先轉換為交流，再用升壓變壓器升壓，最后再用整流器轉換為直流。若是較大功率的直流電壓轉換，會用電動機驅動發(fā)電機(有時會整合成dynamotor模組，在一個模組中同時有馬達和發(fā)電機，一個繞組驅動電動機，另一個繞組產(chǎn)生輸出電壓)。這些是比較沒有效率的作法，其費用也較貴，但當時沒有其他更好的作法，像是驅動早期的汽車音響(其中使用的熱電子管或是真空管工作電壓遠高于汽車中6V或12V的電壓)。功率半導體及集成電路的出現(xiàn)，使用一些新式電路的成本開始下降，是一般應用可以負荷的價格。比較便宜。這些新式電路包括將直流電轉換為高頻的交流電，配合一個較小、較低也較便宜的變壓器來轉換交流電壓，再用整流器再轉換成直流。1976年時汽車收音機開始使用晶體管，不需要高電壓。而使用晶體管的電源供應器也已可以取得，不過仍有些業(yè)余無線電使用者使用震蕩電路及dynamotor的電源做為需要高電壓的無線電發(fā)射臺電源。利用線性電路是可以從較高直流電壓中產(chǎn)生較低的電壓，甚至使用電阻分壓也有類似效果。但這些方式會將多余的能量以熱的方式消耗，效率不佳。一直到后來固態(tài)切換電路出現(xiàn)后，才有效率較高的直流-直流轉換器。

IPP為紋波電流，也就是電感公式中所提到的△I。下面會結合升壓電路再進行講解，V=L*△I/△t，△Ion=△Ioff由這個兩個公式結合起來推導出Von*ton=Voff*toff 也就是上面所提到的伏秒定律，電感電壓與電壓的作用時間的乘積叫伏秒積。導通階段的電感電壓與其作用時間的乘積必然會等于關斷階段電壓電壓與其作用時間的乘積，這就是伏秒定律的定義。

大部分的直流-直流轉換器也會將輸出的電壓進行穩(wěn)壓，不過也有些例外，像是高效率的LED驅動電路是調節(jié)給LED電流的直流-直流轉換器，還有簡單的電荷泵，是將輸出電壓加大為原來的二倍或三倍。直流-直流轉換器也可以配合光伏陣列或風力發(fā)動機使用，目的是要讓收集到最多的能量，這類設備稱為電源優(yōu)化器。一般用在市電電源50–60Hz的變壓器，若功率要超過幾瓦，其體積就會很大，而且很笨重，而且繞組銅損及鐵心的渦電流都會造成能量損失。直流-直流轉換器會設計電路，讓變壓器或是電感可以在較高的頻率工作，因此元件較小、較輕、價值也較價宜。甚至這類元件會用在一些原來用傳統(tǒng)市電頻率變壓器的場合。例如，家用電氣設備常會將市電電源先整流成直流電，用開關電源供應器的技術轉換為所需電壓的高頻交流電，最后再整流到對應電壓的直流電。整個電路比傳統(tǒng)配合變壓器及整流器的系統(tǒng)要復雜，但價格便宜，效率也會比較好。

實際應用的電子式直流轉換器會使用開關切換的技術。直流-直流的開關電源可以將能量暫時儲存，再透過輸出電壓釋放，可以將直流電壓轉換為較高或是較低電壓的直流電。能量的儲存可以儲存在電場(電容器)或是磁場(電感器或是變壓器)。這種轉換方式可以昇壓也可以降壓，切換式的轉換效率可以到75%~98%，比線性電壓調節(jié)器(會將不需要的能量以熱的方式消耗)的效率要好。為了效率考量，其中的半導體元件開啟或關閉的速度要相當快，不過因為有快速的暫態(tài)，加上電路布局上會有的雜散元件，讓電路的設計更有挑戰(zhàn)性。開關電源的高效率減少了散熱片的大小或體積，也提升了便攜式設備用電池供電時，可以運作的時間。在1980年代后期，因為功率級場效應管的出現(xiàn)，可以在較高頻率下有比功率級雙極性晶體管更低的切換損失，因此效率也可以進一步的提升，而且場效應管的驅動電路也比較簡單。 另一個開關電源的重要突破是用功率級場效應管的同步整流技術代替飛輪二極管，其導通電路較低，也可以降低切換損失。在功率半導體廣為應用之前，低功率的直流-直流同步整流器中包括一個機電式的震蕩器，震蕩后的電透過降壓變壓器，輸出給真空管、半導體整流器、或是和震蕩器連接的同步整流器。

DC-DC轉換器是電力電子領域中的重要組件，其核心作用在于高效轉換電壓。這一轉換器通過電子電路將一個直流電源的電壓轉換為另一個直流電源所需的電壓，廣泛應用于各種電子設備中，如手機、平板電腦以及電動汽車等。其特點包括轉換效率高、體積小巧、便于攜帶等，使得它在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中占據(jù)著不可或缺的地位。

DC-DC轉換器中常用的調制方式包括PFM和PWM。PFM是一種重要的調制方式，它通過保持開關脈沖寬度不變，而是調節(jié)脈沖輸出的頻率，從而實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定控制。這種控制方式在小負載情況下表現(xiàn)出色，能夠有效地降低能耗，確保長時間使用的效率。而PWM是一種常見的調制方式，它固定開關脈沖的頻率，通過動態(tài)調整脈沖輸出的寬度，來維持輸出電壓的穩(wěn)定。

器件選型時應遵循高性價比、兼容與可替代性、資源節(jié)約等原則。確保器件廣泛適用于各種應用，且在未來需要時能夠輕松替換。在選擇外圍器件時，需考慮電容和電感的耐壓、紋波以及電感的飽和電流等因素。以確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。這些設計技巧與選擇準則能幫助工程師開發(fā)出性能優(yōu)越且可靠的DC-DC電源系統(tǒng)。降壓變換器，也被稱為BUCK變換器，在降壓變換器中，開關的通斷影響電感上的電壓及磁通量變化，實現(xiàn)輸入電壓高于輸出電壓，達到降壓效果。當開關閉合時，電感兩端的電壓為(Vi-Vo)，這一電壓促使電感勵磁，進而磁通量增加。而當開關斷開時，由于輸出電流的連續(xù)性，二極管VD自然導通，電感開始削磁，磁通量隨之減少。在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸入電壓Vi與輸出電壓Vo之間的關系滿足：(Vi-Vo)Ton=(Vo)Toff，其中占空比D小于1，確保了輸入電壓始終高于輸出電壓，從而實現(xiàn)了降壓的目標。

在深入探討PWM和PFM這兩種調制方式的性能差異之前，我們首先需要了解DC-DC轉換器的幾種主要架構分類。這些架構不僅影響了轉換器的性能，還決定了其在不同負載條件下的工作模式和效率。DC-DC轉換器是利用電感和電容作為儲能元件，通過控制開關管的占空比來實現(xiàn)輸入到輸出的能量轉換。按照轉換器完成的功能，可以分為降壓型轉換器和升壓型轉換器兩個基本類型。當DC-DC穩(wěn)態(tài)工作時，按照電感電流是否連續(xù)，可以將轉換器的工作模式分為：連續(xù)導通模式(CCM)、臨界導通模式和不連續(xù)導通模式(DCM)。DC-DC轉換器是利用電感和電容作為儲能元件，通過控制開關管的占空比來實現(xiàn)輸入到輸出的能量轉換。按照轉換器完成的功能，可以分為降壓型轉換器和升壓型轉換器兩個基本類型。當DC-DC穩(wěn)態(tài)工作時，按照電感電流是否連續(xù)，可以將轉換器的工作模式分為：連續(xù)導通模式(CCM)、臨界導通模式和不連續(xù)導通模式(DCM)。

常見的三種原理架構包括：

A、Buck(降壓型DC/DC轉換器)

這種轉換器通過降低輸入電壓來提供輸出電壓，常用于需要降低電壓的電路中。其工作原理簡單，效率較高，是電子系統(tǒng)中不可或缺的一部分。

B、Boost(升壓型DC/DC轉換器)

這類轉換器則通過提升輸入電壓來產(chǎn)生所需輸出電壓，常用于需要增加電壓的場合。其設計相對復雜，但同樣具備高效能，是電子電路中不可或缺的環(huán)節(jié)。

C、Buck-Boost(升降壓型DC/DC轉換器)

這類轉換器既具備升壓功能，又具備降壓功能，能夠靈活適應輸入與輸出電壓的變化。其設計同樣具有挑戰(zhàn)性，但正是這種靈活性，使其在各種電壓需求場合都能發(fā)揮重要作用。

S和L是降壓變換器的關鍵，斷路或短路會影響電路的輸出電壓及穩(wěn)定性。S作為PWM波的關鍵器件，其斷路狀態(tài)會導致輸出電壓為0V，而短路狀態(tài)則會使輸出電壓達到Vi，可能燒毀負載元器件。L作為降壓變換器的核心部件，其斷路同樣會導致輸出電壓為0V，而短路時輸出電壓會達到Vi，同樣存在燒毀負載元器件的風險。此外，C用于穩(wěn)定輸出電壓，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。D作為續(xù)流二極管，D和C則確保電壓的穩(wěn)定，在開關管斷開時為L提供續(xù)流回路。若D斷路，可能導致輸出電壓出現(xiàn)異常波動，如尖峰或偏低;而短路則可能損壞開關管。

綜上所述，降壓變換器的每個部件都發(fā)揮著關鍵作用，需要謹慎對待以確保系統(tǒng)的正常運行。