领略一下| DCDC开关电源有多彪悍

涨姿势

开关性稳压电源的效率高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响，在器件选项和布板时需要特别注意。

1

DC-DC电源分类

DC-DC开关电源分为三类：BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST。

Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。如图1，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比D=Ton/Ts。其中BUCK型DC-DC只能降压，降压公式：Vo=Vi*D。

●图1 BUCK开关电源模型

Boost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比D必须限制，不允许在D=1的状态下工作。电感Lf在输入侧，称为升压电感。Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式。

BOOST型DC-DC只能升压，升压公式：Vo=Vi/(1-D)。如图2

●图2 BOOST开关电源模型

Buck/Boost变换器：也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。BUCK-BOOST型DC-DC，即可升压也可降压，公式：Vo=(-Vi)*D/（1-D），D为充电占空比，既MOSFET导通时间。Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。如图3

●图3 BUCK-BOOST开关电源模型

2

DCDC开关电源的局限性

开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。参见表1

表1 开关电源与稳压器、LDO、电荷泵比较

3

MPQ2128

本文主要以高转换效率MPQ2128为例，对开关电源进行分析。

MPQ2128是MPS（美国芯源系统有限公司）推出的3MHz同步降压开关稳压器，输出电流可以达到1A，输入电压范围（2.5V～6V）、输出电压低至0.6V，内部有软启动控制以及短路保护功能。极低的静态工作电流使得它适合电池供电的应用。MPQ2128的应用原理电路如图4所示，其中EN为电源的使能端，高电平使能电源模块。

●MPQ2128应用原理图

4

电子元器件的选择及PCB设计注意事项

电路元器件的选择，需要根据手册提供的参考公式进行计算，并预留一定的余量。反馈电阻的精度，一定程度上决定了输出电压的精度，在选择的时候尽量选择精度高的电阻。在电路设计的时候时，预留备用电阻R4的位置，方便调试时调整输出电压的值。由于制作工艺等原因，市面上多说电容存在虚标的行为，在选择输入输出电容时，选择其额定电压是实际工作电压的1.5-2倍为宜。电感的选择同样需要保留余量，电感允许通过的最大电流应大于电路实际最大工作电流的1.2倍以上，若对EMI有较高要求可采用包磁电感。另外在选择电容器件的时候需要根据不同的场合选择不同的电容器：

• 在高温条件下使用的电容器应选用工作温度高的电容器；

• 在潮湿环境中工作的电路，应选用抗湿性好的密封电容器；

• 在低温条件下使用的电容器，应选用耐寒的电容器，这对电解电容器来说尤为重要，因为普通的电解电容器在低温条件下会使电解液结冰而失效。

  
  

同时PCB的绘制对设计工作的稳定性很重要，一定要注意一下几点：

• 要保证SW的电流回路（即续流二极管、电感、输出电容组成的回路）尽量小并且要靠近电源芯片；

• 输入旁路电容要尽量靠近电源芯片的Vin引脚；

• 反馈电阻要尽量靠近芯片并且反馈要直接连接到输出SW信号要尽量远离敏感的模拟区域，如FB信号；

• 连接输入短Vin和SW的区域要留有足够的区域来提高电源芯片的散热。