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一文读懂开关电源（DC/DC）的原理介绍

DC/DC电源指的是直流转直流的电路，有升压降压两种电路，按理

来说，LDO也是DCDC电源，但行业内只认为以开关形式实现的电

源为DC/DC电源。

一、DC/DC基本拓扑

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。稳态下，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功率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。

1、BUCK降压型

当PWM驱动高电平使得NMOS管S1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：VxTon=

（Vin-Vo）xTon

当PWM驱动低电平使得NMOS管S1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：VxToff=Vox（Ts-Ton）

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

即Vo=DxVin（D为占空比）

2、BOOST升压型

和BUCK电路类似的分析方法，当MOS管导通时，电感的正

向伏秒为：VinxTon；当MOS管截至时，电感的反向伏秒为：（Vo-Vin）

x（Ts-Ton）

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

即Vo=Vin/（1-D）

3、同步整流技术

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。

然后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。

二、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。

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。

三、DC/DC芯片的内部构造

接下来我们来看看DC/DC电源芯片内部的单元模块，并且给大

家看看基本拓扑与电源芯片的联系。

1、Vref;Error基准电压与误差放大器

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

（200mv）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、ThermalShutdown温度保护：当温度高于限定值，芯片停

止工作。

3、softstart软启动电路：用于电源启动时，减小