DC/DC电源芯片的原理是什么？具有什么特点？

DC/DC电源指直流转换为直流的电源，LDO(低压差线性稳压器)芯片也应该属于DC/DC电源，一般只将直流变换到直流，这种转换方式是通过开关实现的电源称为DC/DC电源。而DC/DC电源芯片测试座则是根据电源芯片的各种测试条件要求而设计搭配的。

一个功率变换器，当输入、负载和控制均为固定值时的工作状态，在开关电源中，被称为稳态。功率变换器中的电感满足电感电压伏秒平衡定律：对于已工作在稳态的DC/DC功率变换器，有源开关导通时加在滤波电感上的正向伏秒一定等于有源开关截至时加在该电感上的反向伏秒。

PWM驱动高电平使得NMOS管Q1导通，忽略MOS管的导通压降，电感电流呈线性上升，此时电感正向伏秒为：V*Ton=(Vin-Vo)*Ton

PWM驱动低电平使得NMOS管Q1截至时，电感电流不能突变，经过续流二极管形成回路(忽略二极管压降)，给输出负载供电，此时电感电流下降，此时电感反向伏秒为：V*Toff=Vo*(Ts-Ton)

根据电感电压伏秒平衡定律可得：(Vin-Vo)*Ton=Vo*(Ts-Ton)

即 Vo=D*Vin (D为占空比)

和BUCK电路方法相同，当MOS管导通时，电感的正向伏秒为：Vin*Ton;当MOS管截止时，电感的反向伏秒为：-Vo*(Ts-Ton)

根据电感电压伏秒平衡定律可得：Vin*Ton=-Vo*(Ts-Ton)

即 Vo=-Vin*(D/(1-D))

DC/DC芯片主要是通过反馈电压与内部基准电压的的比较，从而调节MOS管驱动波形的占空比，来保证输出电压的稳定。

由于二极管导通时至少存在0.3V的压降，因此续流二极管D所消耗的功率将会称为DC/DC电源主要功耗，从而严重限制了效率的提高。为解决该问题，以导通电阻极小的MOS管取代续流二极管。通过控制器同时控制开关管和同步整流管，要保证两个MOS管不能同时导通，负责将会发生短路。

DC/DC电源调制方式：

DC/DC电源属于斩波类型，即按照一定的调制方式，不断地导通和关断高速开关，通过控制开关通断的占空比，可以实现直流电源电平的转换。DC/DC电源的调制方式有三种：PWM方式、PFM方式、PWM与PFM的混合方式，在综合所有调制方式以及测试条件下，需要和电源芯片测试座的工程师沟通确认清楚，已确保各项测试性能均能达到要求。

1.PWM(脉冲宽度调制)

PWM采用恒定的开关频率，通过调节脉冲宽度(占空比)的方法来实现稳定电源电压的输出。在PWM调制方式下，开关频率恒定，即不存在长时间被关断的情况。

优点：噪声低、效率高，对负载的变化响应速度快，且支持连续供电的工作模式。

缺点：轻负载时效率较低，且电路工作不稳定，在设计上需要提供假负载。

2.PFM(脉冲频率调制)

PFM通过调节开关频率以实现稳定的电源电压的输出。PFM工作时，在输出电压超过上阈值电压后，其输出将关断，直到输出电压跌落到低于下阈值电压时，才重新开始工作。

优点：功耗较低，轻负载时，效率高且无需提供假负载。

缺点：对负载变化响应较慢，输出电压的噪声和纹波相对较大，不适合工作于连续供电方式。

1.误差放大器

误差放大器的作用就是将反馈电压(FB引脚电压)与基准电压的差值进行放大，然后再用该信号去控制PWM输出信号的占空比。

2.温度保护：当温度高于限定值，芯片停止工作。

3.限流保护：如果电流比较器的电阻上的电流过大，输出就会降低，直到超过下限阈值，电源芯片就会出现打嗝现象。这个模式可以在输出发生短路的情况下很好地保护芯片，保护稳压管，一旦过流现象消除，打嗝也会消除。

4.软启动电路：用于电源启动时，减小浪涌电流，使输出电压缓慢上升，减小对输入电源的影响。

1.设置输出电压：先选择合适的R2,R2过小会导致静态电流过大，从而导致加大损耗;R2太大会导致静态电流过小，而导致FB引脚的反馈电压对噪声敏感，一般在数据手册中有推荐值范围参考。选定R2，根据输出电压计算R1的值，R1=((Vout-Vref)/Vref)*R2。

2.电感：电感的选择要满足直到输出最小规定电流时，电感电流也保持连续。在电感选取过程中需要综合输出电流、纹波、体积等多个因素进行考虑。较大的电感将导致较小的纹波电流，从而导致较低的纹波电压，但是电感越大，将具有更大的物理占用面积，更高的串联电阻和更低的饱和电流。一般在芯片的datasheet中会有相应的计算公式。

3.输出电容：输出电容的选择主要是根据设计中所需要的输出纹波的要求来进行选取。电容产生的纹波:相对很小，可以忽略不计;电容等效电感产生的纹波:在300KHz~500KHz以下，可以忽略不计;电容等效电阻产生的纹波：与ESR和流过电容电流成正比，该电流纹波主要是和开关管的开关频率有关，基本为开关频率的n次谐波，为了减少纹波，让ESR尽量小。

针对以上对DC/DC电源芯片的详解，鸿怡电子根据此类电源芯片的测试条件要求，除芯片的性能要求，还需要了解芯片的多通道pin map的位置，确认其输入输出引脚数量以及分配情况，电源芯片测试座在使用过程中的需要匹配多通道大电流芯片，对各通道的引脚的分配是必选要知道的，这样才能辅助完成对应的电源芯片测试座设计。

DC-DC电源模块由于体积小、高可靠性、以及稳压输出等优势，使得它在市场上大为流行，并且电源模块还有隔离作用，抗干扰能力也是比较强的，且还带有保护功能，加之半导体工艺等行业发展，需求量大，从而电源模块也开始大量使用。

DC-DC电源模块发展：

随着半导体工艺、封装技术和高频软开关的大量使用,模块电源功率密度越来越大,转换效率越来越高,应用也越来越简单。人们在开关电源技术领域是边开发相关的电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可。

DC-DC电源模块是什么?

电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，有降压和升压两种，其特点是可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电。

DC-DC电源模块工作原理：

DC-DC是用开关电源的思想实现的。DC-DC有降压和升压两种，在这里只说降压，比如说你给DC-DC输入10V，DC-DC内部有个振荡器和斩波模块，例如，把在一个时间段允许10V通过，另一时间段内不允许10V通过(等于0v)。而在输出端有一个电容进行滤波，只要电容足够大，其结果就等于将中间的那个脉冲波形进行微积分，而输出一个5V 。

这个降压的过程相对于稳压模块来说，更大限度地避免了电能在降压模块上面的消耗，并且内部震荡部分控制其占空比就能改变输出电压大小(在10V范围内)，使其输出能恒定(比如某个DC-DC规定输入范围是6V到16V，输出5V，只要是在这个输入范围内，输出都是5v误差只有零点零几伏，而稳压模块的输出则和输入电压有一定的线性关系，输入7V的输出电压和输入14V的输出电压差得比较大)。

DC-DC电源模块应用领域：

1.电力，主要有集成器和电表以及智能电表。

2.工控，工业控制领域。

3.医疗，医疗设备，主要有护胎仪，监护仪等等。

4.军工，军工业是应用很广泛的一个方面。

在科技进步如此迅猛的时代，稳定高效的电源已成为人类追求的核心需求。DC-DC电源模块这一崭新的能源转换利器，逐渐跻身各行各业的重要角色。颖特新将带你深入探讨DC-DC电源模块的神奇魔力与运作原理，并憧憬其在未来应用领域的美好愿景。

一、概述

DC-DC电源模块是一种将输入直流电压转换为特定输出直流电压的设备。它采用了开关式电源转换原理，具有高效率、低损耗、小体积、轻便等优点，逐渐替代传统的线性电源技术。

二、工作原理

1.DC-DC电源模块的核心部件是开关器件，如MOSFET、IGBT等。通过周期性地打开和关闭开关器件，实现输入电压的脉冲化。接着利用电感、电容等无源元件进行滤波和整流，得到所需的稳定输出电压。DC-DC电源模块主要有以下几种拓扑结构：

2.降压(Buck)：该拓扑结构将输入电压降低为所需输出电压，适用于输入电压大于输出电压的场景。

3.升压(Boost)：升压拓扑将输入电压提高到特定输出电压，广泛应用于输入电压低于输出电压的场合。

4.倒激(Flyback)：倒激拓扑能实现电压的升降变换和隔离功能，适合交流/直流和直流/直流转换。

5.正激(Forward)：与倒激相似，正激拓扑可实现电压转换和隔离，但具有更高的效率和功率密度。