DC-DC电源是怎么工作的?读完就懂

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什么是DC/DC?

DC/DC,DC to DC,直流电转成直流电。

物联网类产品,供电通常是4.2V的锂电池、5V的直流适配器、3.6V的一次性电池等。

而用电的芯片,往往是小于3.3V供电的,高主频的处理器内核电压只有1V多,显示屏背光电压有20多V。一般都不能直接使用供电电压。

DC-DC主要用于不同电压之间的转换。(LDO也可以实现降压转换。)

DC/DC的3种分类

升压、降压、升降压,三种。

升压型(Boost)

升压型DC/DC的特点是电感在输入端,开关导通VOUT=0;开关关断VOUT=VIN+VL由于输出电压高于输入电压,输入与输出之间存在二极管用于隔断VOUT向VIN的倒灌。此部分MOS管为功率MOS管,作用为通过开关MOS管,在电感上储能。

 降压型(Buck)

降压型DC/DC的特点是电感在输出端,开关导通VOUT=VIN -VL;开关关断VOUT=VL(VL< VIN),由于MOS管关断后,电感左端无法抽取电荷移动,所以加了个对地二极管(俗称续流二极管)。

 升/降压型(Boost-Buck)

升/降压的特点是既能升压又能降压,在特定场合下,我们必须选用升降压DC/DC给系统供电。升降压的特点是,电感为对地电感,并且输入和输出电压是反向的关系。开关导通状态,VOUT=VOUT(VOUT为负电压,所以二极管在开关导通状态处于截至状态);开关关断状态VOUT=-VL

 DC-DC的优点和缺点

电源转化效率很高

DC/DC是目前电源转化效率很高的电源转化电路。效率理论能达到100%,但由于二极管,开关管特性和其它电源损耗,电源转化效率一般能够达到90%以上。

传统的稳压器和现在的LDO都是将多余的电压通过热能的形式消耗掉,导致传统稳压器和LDO的电源转化效率无法提高,同时也限制了稳压器和LDO在大电源上的运用(需要极大的散热,并且效率低),所以在高功耗电源电路电压转换中几乎全部使用DC/DC。

能够转化的功率很高

DC-DC的电源转化效率一般能够达到90%以上。转换过程中变成热的能量就只有百分之几。

正是由于它的高效率,对于大功率电源转化中不会造成有过大的热能损耗,和散热问题,所以能够应用在大功率场景。

电源纹波大

DC/DC采用的开关电源方式来对电感和电容充放电,会造成EMI和电源纹波较大的问题。

而LDO为线性电源,有很高的电源纹波抑制比。

对于数字电源,DC/DC的噪声系统完全可接收,但对于模拟前端电路。DC/DC的噪声会造成设备性能的降级,所以一般设计中我们会先使用DC/DC将电压升/降到合适的范围,再通过LDO为敏感模块的电源供电。

硬件设计总结:

升压电路,只能用DC-DC

降压电路,小电流用LDO,大电流用DC-DC

数字电路,用DC-DC。

模拟电路,用LDO。

文章来源:21ic

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