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利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量就是开关电源。其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。开关电源可以用于升压和降压。
: B M' p. y R- z8 i( lDC/DC转换器是利用MOSFET开关闭合时在电感器中储能，并产生电流。当开关断开时，贮存的电感器能量通过二极管输出给负载。如下图所示。: u: z# N# `% y- `0 j5 \& ^2 ]
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" W( Z- I, ^5 I. F1 t2 N9 C
$ ]0 f2 j0 U: T- l; c. S三种典型的DC/DC变换器框图
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所示三种变换器的工作原理都是先储存能量，然后以受控方式释放能量，从而得到所需要的输出电压。对某一工作来讲，最佳的开关式DC/DC变换器是可以用最小的安装成本满足系统总体需要的。这可以通过一组描述开关式DC/DC变换器性能的参数来衡量，它们包括：高效率、小的安装尺寸、小的静态电流、较小的工作电压、低噪声、高功能集成度、足够的输出电压调节能力、低安装成本。$ h6 ?5 f- ~8 t; g: F
# u7 L6 H( b2 x工作效率
% a3 n1 z& c6 `5 d9 |/ q; B. B. d" @, v+ c1 k M3 r; s+ z( G* j! S
①电感式DC/DC变换器：电池供电的电感式DC/DC变换器的转换效率为80%~85%,其损耗主要来自外部二极管和调制器开关。1 L$ H, J; ^; Z+ T. H) i/ n. }
# L! f4 v7 d' B0 U' u/ `
②无电压调节的电荷泵：为基本电荷泵(如TC7660H)。它具有很高的功率转换效率(一般超过90%)，这是因为电荷泵的损耗主要来自电容器的ESR和内部开关管的导通电阻(RDS-ON)，而这两者都可以做得很低。
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$ D4 X$ A* ~+ l. r- L( e, j③带电压调节的电荷泵：它是在基本电荷泵的输出之后增加了低压差的线性调节器。虽然提供了电压调节，但其效率却由于后端调节器的功耗而下降。为达到最高的效率，电荷泵的输出电压应当与后端调节器调节后的电压尽可能接近。( g+ @# Y \7 K7 l/ B E- m N
6 ?) G' Q1 k2 w, N; r最佳选择是：无电压调节式电荷泵(在不需要严格的输出调节的应用中)，或带电压调节式电荷泵(如果后端调节器两端的压差足够小)。
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* [) K) k J; W- |* \安装尺寸- `$ r9 f7 m4 G0 y# r* z
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①电感式DC/DC变换器：虽然很多新型电感式DC/DC变换器都可以提供SOT封装，但它们通常仍然需要物理外形较大的外部电感器。而且电感式DC/DC变换器的电路布局自身也需要较大的板级空间(额外的去耦、特殊的地线处理、屏蔽等)。
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& D; f/ G' Y2 \9 d; _3 |, G②无电压调节的电荷泵：电荷泵不用电感器，但需要外部电容器。新型电荷泵器件采用SOP封装，工作在较高的频率，因此可以使用占用空间较小的小型电容器(1μF)。电荷泵IC芯片和外部电容器合起来所占用的空间，还不如电感式DC/DC变换器中的电感大。利用电荷泵还很容易获得正、负组合的输出电压。如TCM680器件仅用外部电容即可支持+2UIN的输出电压。而采用电感式DC/DC变换器要获得同样的输出电压则需要独立的两个变换器，如用一个变换器，就得用具有复杂拓扑结构的变压器。! Y+ f: y. d; @7 J4 [8 R- c
& y5 `9 J8 O9 y3 b* X③带电压调节的电荷泵：增加分立的后端电压调节器占用了更多空间，然而许多此类调节器都有SOT形式的封装，相对减少了占用的空间。新型带电压调节的电荷泵器件，如TCM850,在单个8引脚50lC封装中集成了电荷泵、后端电压调节器和关闭控制。* g2 S3 }3 w" y, T& ~
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最佳选择是：无电压调节或带电压调节电荷泵。; h7 ^9 A# D7 E. m8 ?- L1 {
静态电流1 g& J9 X" w' r% q" s0 s2 N9 h0 j* T
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①电感式DC/DC变换器：频率调制(PFM)电感式DC/DC变换器是静态电流最小的开关式DC/DC变换器，通过频率调制进行电压调节可在小负载电流下使供电电流最小。
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: w. d9 V5 c$ }; u" a4 x$ N7 _②无电压调节的电荷泵：电荷泵的静态电流与工作频率成比例。多数新型电荷泵工作在150kHz以上的频率，从而可使用1μF甚至更小的电容。为克服因此带来的静态电流大的问题，一些电荷泵具有关闭输入引脚，以在长时间闲置的情况下关闭电荷泵，从而将供电电流降至接近零。6 T3 q7 _% _$ w+ D8 }& Q
K [7 X. C0 O( d( g X③带电压调节的电荷泵：后端电压调节器增加了静态电流，因此带电压调节的电荷泵在静态电流方面比基本电荷泵要差。& O; z' X) J1 ^$ q) U) Y+ H
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最佳选择是：电感式DC/DC变换器，特别是频率调制(PFM)开关式。
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最小工作电压1 j% V! V, ] i' S# X
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①电感式DC/DC变换器：电池供电专用电感式DC/DC变换器(如TC16)可在低至1V甚至更低的电压下启动工作，因此非常适合用于单节电池供电的电子设备。
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5 E' {- S! l& U9 O3 q5 x②无电压调节的电荷泵/带电压调节的电荷泵：多数电荷泵的最小工作电压为1.5V或更高，因此适合于至少有两节电池的应用。
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( S" n. W$ W! h! r最佳选择是：电感式DC/DC变换器。& F7 A5 c3 Q) g- I8 H+ t- F5 {- ]
* g; L$ D# O/ U) Y2 @1 a9 y产生的噪声
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/ C# g- s* W4 \9 ^1 Z①电感式DC/DC变换器：电感式DC/DC变换器是电源噪声和开关辐射噪声(EMI)的来源。宽带PFM电感式DC/DC变换器会在宽频带内产生噪声。可采取提高电感式DC/DC变换器的工作频率，使其产生的噪声落在系统的频带之外。
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②无电压调节的电荷泵/带电压调节的电荷泵：电荷泵不使用电感，因此其EMI影响可以忽略。泵输入噪声可以通过一个小电容消除。 i" n' W$ g; U, Q& e( d
. Y7 m5 e$ ]7 \最佳选择是：无电压调节或带电压调节的电荷泵。+ [# |( v$ L; U3 x) R+ D7 }* w2 C$ ]
集成度
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7 }: g+ a3 a: ~6 B①电感式DC/DC变换器：现已开发出集成了开关调节器和其他功能(如电压检测器和线路调节器)的芯片。如TC16芯片就在一个SO-8封装内集成了一个PFM升压变换器、LD0和电压检测器。与分立实现方案相比，此类器件提供了优异的电气性能，并且占用较小的空间。; E: U1 L3 c) i6 \7 A" ]
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②无电压调节的电荷泵：基本电荷泵，如TC7660,没有附加功能的集成，占用空间小。
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9 e$ ]: C0 l% }: W5 {7 q③带电压调节的电荷泵：集成更多功能的带电压调节电荷泵芯片已成为目前的一种发展趋势。很明显，下一代带调节电荷泵的功能集成度将可与电感式DC/DC变换器集成芯片相比。 `/ K$ a' H% R2 ?
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最佳选择是：电感式DC/DC变换器。
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% M, q ?% \7 O输出调节
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' ^# k `8 h2 W/ C: S, V( e4 E①电感式DC/DC变换器：电感式DC/DC变换器具有良好的输出调节能力。一些电感式DC/DC变换器还具有外部补偿引脚，允许根据应用“精细调整”输出的瞬态响应特性。
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②无电压调节的电荷泵：此类器件输出没有电压调节，它们只简单地将输人电压变换为负或刀倍的输出电压。困此，输出电压会随着负载电流的增加而下降。虽然这对某些应用(如LCD偏置)并不是问题，但不适用需要稳定的输出电压的应用场合。0 }/ `+ f4 @+ t( [
2 Q9 D b6 C4 u. ]③带电压调节的电荷泵：它通过后端线性电压调节器(片上或外部)提供电压调节(稳压)。在一些情况下，需要为电荷泵增加开关级数，以为后端调节器提供足够的净空间，这时就需要增加外部电容，从而会给尺寸、成本和效率带来负面的影响。但后端线性调压器可使带调节电荷泵的输出电压的稳定性与电感式DC/DC变换器一样。
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( a8 K1 e0 [3 ~8 ?最佳选择是：带电压调节的电荷泵。. C7 f% y. ]$ I/ @( m
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安装成本$ E X. f: T" T: J8 U. z# `
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①电感式DC/DC变换器：近年来采用电感式DC/DC变换器的成本逐渐下降，并且对外部元件的需求也变得更少了。但电感式DC/DC变换器最少需要一个外部电感、电容和肖特基二极管。二极管、电感，再加上相对价格较高的开关变换芯片，其总成本要比电荷泵高。4 ` w- ?% ]( H( u9 R6 I6 B$ d
" l( G! |3 ?1 ~$ l" ` d) \: F4 r②无电压调节的电荷泵：无电压调节的电荷泵比电感式DC/DC变换器便宜，且仅需要外部电容(没有电感)，节约了板空间、电感的成本，以及某些情况下的屏蔽成本。 O0 c3 u: W. z) ~! H* h
& Y' i8 V% }4 h0 L! Y: O% S③带电压调节的电荷泵：带电压调节的电荷泵的成本大约与电感开关式DC/DC变换器本身的成本相当。在一些情况下，可采用外部后端电压调节器以降低成本，但却会增加所需的安装空间和降低工作效率。& B+ v. c0 K8 d1 m, h$ X( S
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最佳选择是：在不需要严格稳压的场合的最佳选择为无电压调节的电荷泵；若为对输出电压稳压有要求的场合，选择带电压调节的电荷泵和电感式DC/DC变换器的成本大致相当。
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% o, R9 W5 v. l' Z5 b s按照上述的最佳选择窍门运用于设计应用中，将会更有利于节省时间成本，提高效率。 |
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发表于 2013-10-12 10:13
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