DC-DC电压转换器芯片设计问题集锦（摘录一）

DC-DC 电压转换器是电路设计中经常需要应用的一类电子元器件，这类元器件基本原理相对简单，但应用中也常会有一些问题伴随出现，本文对实际的变换器设计中一些值得关注的关键问题进行了整理和收集，希望对大家有所帮助。关于 DC/DC 电压变换器设计的问题，欢迎随时沟通，桑尼奇 - 孙生， 18576699326 ， QQ:2335804557 。（ 更多详情 ）

问题 1 ：对于某一给定输入电压， DC-DC 电压转换器只采用一些基本的基于电感的拓扑（ buck 、 boost 和 buck-boost ），理论上能得到怎样的输出电压？

答： buck 为 DC-DC 降压转换器拓扑（ Vo<Vin ）， boost 为升压拓扑（ Vo>Vin ） , 而 buck-boost 既能降压也能升压（ Vo<Vin,Vo>Vin ）。注意，此外仅涉及输入和输出电压幅值， 需谨记 buck-boost 也可使输出电压与输入电压极性相反。

问题 2 ： DC-DC 降压转换器拓扑与电路结构有何差别？

答：例如， 15V 到 5V 的降压变换器可采用 buck 拓扑，但此处实际上是“正输入正输出”的 buck 电路结构，若将 -15V 转换为 -5V ，则需“负输入负输出”的 buck 电路构，拓扑为电路结构的基础，但可通过很多种连接方法实现。总的来说，决定功率变换器性质的只有电压幅值。类似地， 15V 到 30V 的转换需“正极性 boost ”，而 -15V 到 -30V 的转换则需“负极 boost ”。以上为 boost 拓扑的两种不同电路结构。 对 buck-boost 电路，需记住其极性变换的特性。

问题 3 ：什么是“反极性”电路结构？

答： “反极性”电路 结构即输出与输入极性相反。 buck-boost 是一个特别的电路，与其它电路不同，最大优点是可根据需要实现升压或降压，同时具有输出与输入反极性特点。

问题 4 ： buck 电压变换器能否用来将 15V 输入转换为 14.5V 输出？

答：从技术上来讲， buck 为降压调整器，所以只要 Vo<Vin ，原则上就可以实现这样的转换。然而实际操作中，变换器的输入和输出电压大小差值有一定的限制。即使 buck 的开关管充分导通，开关管也会有一定的导通压降 Vsw ，这就相当于将输入电压 Vin 减去此数值的电压。注意这种充分导通下，开关变换器基本功能相当于 LDO ，因些，如第 1 章所述，此时也应考虑到 LDO 的最小压差。例如，若开关管的导通压降 Vsw 为 1V ，则一定不能由 15V 的输入电压得到高于 14V 的输出电压。

第二点需考虑的是，因为最大占空比的限制，即使假设开关管和二极管的导通压降为 0V ，仍不能得到所需的电压。如所求实例中，需要的占空比（理论值） Vo/Vin=14.5V/15V=0.97 ，即 97% 。然而市场上绝大部分的 buck IC 设计都不能保证达到如此高的占空比值。一般 IC 最大占空比值由其内部内路决定，且 Dmax 典型值为 90%~95% ，所以很显然 D=97% 超出了其设计范围。

问题 5 ：开关电源实际设计中，哪个是我们必须记住的这三种拓扑的最基本差别？

答： buck 电路电感平均电流（ iL ）等于负载电流（ Io ），也即 IL=Io ，但对 boost 与 buck-boost 电路，此平均电流等于 Io/(1-D) 。所以在后两种拓扑中，电流是 D( 占空比 ) 的函数，即间接为输入电压的函数（对给定输出）。

问题 6 ：三种基本拓扑中，占空比如何随输入电压变化？

答：所有拓扑中， 高占空比对应低输入电压，低占空比对应高输入电压。

问题 7 ：何谓 DC-DC 变换器“峰值电流”？

答：所有 DC-DC 变换中，“电感峰值电流”、“开关峰值电流”与“二极管峰值电流”都完全相同，一般简称为（变换器的） Ipk 。

问题 8 ： DC-DC 降压转换器设计中，成品电感选择需考虑的关键参数有哪些？

答：电感值（以及开关频率、占空比）决定电流峰值，而拓扑本身（具体应用情况为占空比与负载电流）决定电感电流平均值。对于给定的应用，若减少电感值，电感电流波形将会有更在的峰值 ，从而导致开关管、二极管（与电容）的电流峰值增大。所以，典型变换器设计首先估算最优电感值以防止电感饱和，这是设计与选择电感时最重要的方面。

然而电感值并不全由电感线圈决定。理论上，对于给定的较细导线和磁心，可以通过绕制合适的匝数得到任意的电感值。但一个电感器能否承受通过的电流而不饱和仍是问题。磁心磁场（其决定电感电否饱和）的决定因素不是电流本身，而是电流与线圈匝数的乘积（安匝数）。所以选择电感时不仅应该选取合适的电感值而且要考虑其是否满足能量要求，通常用微焦表示。磁心必须能够储存大于或等于应用所需的能量，即 1/2XLI ² _PK.

问题 9 ： DC-DC 降压转换器中适用于所有拓扑电感值计算的基本设计规则是什么？

答：为减少开关电源内各点的应力与元件体积，一般电流纹波率 r 取值为 0.4 ，对所有开关频率，所有拓扑均为较好的折中选择。

r 为△ I/IL ，其中△ I 为电流峰值， IL 为电感平均电流（△ I ）。 R=0.4 即为 r=40% 或 r= ± 20% ，表示电感电流峰值比平均值高 20% 。

利用定义 r= △ I/IL 与基本电感公式，求出相应的电感值

Von=L △ I/ △ t=L （ ILXr ） /D/f

解得 L=VonXD/(ILXrXf)

式中电感 L 的单位为 H ， f 的单位为 Hz 。 Von 为开关管导通时电感上所加电压， buck 电路中其值等于 Vin-Vo ， boost 与 buck-boost 电路中为 Vin 。同样， IL 为电感平均电流， buck 电路中为 Io,boost 与 buck-boost 电路中为 Io/(1-D) 。

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