升降压型(BUCK-BOOST)电路设计

直流-直流转换器(DC-to-DC converter)也称为DC-DC转换器，是电能转换的电路或是机电设备，可以将直流(DC)电源转换为不同电压的直流(或近似直流)电源。其功率范围可以从很小(小的电池)到非常大(高压电源转换)。有些直流-直流转换器的输出电压和输入电压有相同的参考点，而有些直流-直流转换器的输出电压是和输入电压隔离。

在功率半导体元件及电力电子等相关技术产生之前，若要将小功率的直流电转换成较高电压的直流电，可以先用震荡电路先转换为交流，再用升压变压器升压，最后再用整流器转换为直流。若是较大功率的直流电压转换，会用电动机驱动发电机(有时会整合成dynamotor模组，在一个模组中同时有马达和发电机，一个绕组驱动电动机，另一个绕组产生输出电压)。这些是比较没有效率的作法，其费用也较贵，但当时没有其他更好的作法，像是驱动早期的汽车音响(其中使用的热电子管或是真空管工作电压远高于汽车中6V或12V的电压)。功率半导体及集成电路的出现，使用一些新式电路的成本开始下降，是一般应用可以负荷的价格。

比较便宜。这些新式电路包括将直流电转换为高频的交流电，配合一个较小、较低也较便宜的变压器来转换交流电压，再用整流器再转换成直流。1976年时汽车收音机开始使用晶体管，不需要高电压。而使用晶体管的电源供应器也已可以取得，不过仍有些业余无线电使用者使用震荡电路及dynamotor的电源做为需要高电压的无线电发射台电源。。利用线性电路是可以从较高直流电压中产生较低的电压，甚至使用电阻分压也有类似效果。但这些方式会将多余的能量以热的方式消耗，效率不佳。一直到后来固态切换电路出现后，才有效率较高的直流-直流转换器。

直流-直流转换器常用在像移动电话及笔记型电脑等，主要由电池供电的行动设备里。这类的电子设备中常有许多的子电路，需要的电源电压也和电池或是外部电源提供的电源不同。而且当电池的电量减少时，其电压也会下降。开关式的直流-直流转换器可以配合一个电压已下降的电池使用，让提供电路的电压维持在一定范围内，因此不需要用多个电池来达到此一目的。

大部分的直流-直流转换器也会将输出的电压进行稳压，不过也有些例外，像是高效率的LED驱动电路是调节给LED电流的直流-直流转换器，还有简单的电荷泵，是将输出电压加大为原来的二倍或三倍。直流-直流转换器也可以配合光伏阵列或风力发动机使用，目的是要让收集到最多的能量，这类设备称为电源优化器。一般用在市电电源50–60Hz的变压器，若功率要超过几瓦，其体积就会很大，而且很笨重，而且绕组铜损及铁心的涡电流都会造成能量损失。

直流-直流转换器会设计电路，让变压器或是电感可以在较高的频率工作，因此元件较小、较轻、价值也较价宜。甚至这类元件会用在一些原来用传统市电频率变压器的场合。例如，家用电气设备常会将市电电源先整流成直流电，用开关电源供应器的技术转换为所需电压的高频交流电，最后再整流到对应电压的直流电。整个电路比传统配合变压器及整流器的系统要复杂，但价格便宜，效率也会比较好。

在电子电路中，将输入的直流电压转换为电路中所需要的直流电压的电路被称为DC-DC电源电路。例如我们的无线模块一般都是5V转3.3V。DC-DC电路通常可以分为升压型、降压型、升降压型，一般由电子开关器件、电感、电容组成。DC-DC电路主要是通过利用电子开关器件周期性的导通和断开，从而实现输出电压可调节和自动稳压的功能。

1、降压型(BUCK)

Buck拓扑

当Q1导通时，电源给电感充电，续流二极管处于截止状态，当Q1截止时，由于电感电流不能突变，电感电流逐渐减小，经过负载、续流二极管形成回路。输出电压VO=VIN×D(D为一个周期内电子开关导通的时间)。一般电感在SW引脚和输出之间的就是BUCK电路。

2、升压型(BOOST)

当电子开关Q1导通时，电源给电感充电，在这个过程中，Q1导通阻抗很小，使得D1被短路，负载由电容C1提供能量，维持负载工作。

当电子开关Q1截止时，由于电感的电流不能突变，电感储存的能量和电源通过D1给电容充电和维持负载工作。

一般没有电感在SW引脚和输出之间的就是Boost电路。

3、升降压型(BUCK-BOOST)

当开关Q1闭合时，电源向电感充电，这个过程中RL由C1电容自身提供能量。当Q1开关断开时，由于电感的电流不能突变，电感、C1、D1续流二极管组成闭合回路，电感储存的能量向C1充电和RL负载供电。

DC-DC电路设计注意事项

①输入、输出电压范围：确定输入和输出电压范围，确保选择的DC-DC电源芯片能符合要求。还要考虑系统对DCDC电源输出纹波的要求。

②效率、功率损耗：高效率的DC-DC转换器可以减少功率损耗和热量。所以要注意散热设计。

③输出电流、负载能力：确保DC-DC电路能够稳定地提供系统所需的电流，并且能够根据负载调整输出能力。

④PCB布局：良好的PCB布局设计需要减少电磁干扰、噪声。注意地线与信号线分离，提高电磁兼容性。

⑤环境、温度条件：考虑到DC-DC电路的工作温度范围、环境条件，选择适合的散热设计、过孔、散热片。确保DC-DC电路能够在系统所需的温度和环境条件下稳定工作。

⑥符合相关标准、规范：遵循安全标准、EMC规范，保证DC-DC电源电路设计符合法规要求。

综上，DC-DC电源电路设计需要考虑到输入、输出电压范围、效率、功耗、输出电流和带动负载的能力、纹波和噪声、稳定性和反馈控制、输入输出保护、PCB布局和电磁兼容性、温度和环境条件、可靠性和寿命等因素。