本期技术通讯聚焦“电源 IC 基础及小型/低功耗设备、控制/处理电路板的电源设计”。继上期探讨电源 IC 效率与热设计后，本期作为第 9 期，将深入解析代表性电源 IC——DC/DC 转换器。
第 9 期｜为什么 DC/DC 转换器效率如此高？
■ 什么是 DC/DC 转换器
DC/DC 转换器是一种将直流电压转换为另一种直流电压的电源 IC。虽然其功能与 LDO（低压差线性稳压器）相似，均为输入电压生成所需输出电压，但工作原理截然不同。
LDO 通过控制元件吸收输入与输出之间的压差来稳压；而 DC/DC 转换器则利用线圈和开关进行能量转换以产生目标电压。因此，DC/DC 转换器更易实现高效率，广泛应用于需抑制发热或延长电池寿命的场景。
■ 与 LDO 的区别
LDO 结构简单，易于构建低噪声电源。但在输入输出电压差较大或输出电流较大时，压差会转化为损耗导致严重发热。例如在 12V 转 3.3V 应用中，LDO 的热设计极具挑战，此时 DC/DC 转换器能有效抑制损耗。
值得注意的是，DC/DC 转换器采用开关模式，需特别关注纹波电压、开关噪声、PCB 布局及外围元件选型。
选型原则：
- 若重视简便性、低噪声及成本，选用 LDO；
- 若重视效率和降低发热，选用 DC/DC 转换器。
■ DC/DC 转换器的基本构成
DC/DC 转换器主要由以下核心元件构成：
线圈
用于储存或释放能量，在电压转换过程中起关键作用。
主控制开关
一种能高速切换通断状态的开关，通过控制其动作调节输出电压。
整流元件或同步整流开关
建立能量从线圈传输至输出端的通路。为提升效率，目前广泛采用基于 FET 的同步整流方式。
输入电容、输出电容
用于抑制输入电源和输出电压的波动，确保系统稳定运行。
DC/DC 转换器正是通过组合上述元件，利用开关动作完成电能转换。
■ DC/DC 转换器的主要种类
根据输出电压转换方式不同，DC/DC 转换器主要分为降压、升压、反相、升降压四种类型。
降压 DC/DC 转换器
产生低于输入电压的输出电压。常用于 5V 转 3.3V、12V 转 5V 等场景，广泛应用于控制板、物联网及工业设备。相比 LDO，其在高压差大电流下更能抑制发热。
升压 DC/DC 转换器
产生高于输入电压的输出电压。适用于从干电池或锂电等低压源生成 3.3V 或 5V 电压。即使电池电压随使用降低，仍能稳定供电。此外也用于传感器、显示设备及电机驱动等需要高电压的电路。
反相 DC/DC 转换器
从输入电压生成负电压。常用于运算放大器或传感器电路等需正负双电源供电的模拟电路或特殊信号处理系统。
升压 - 降压 DC/DC 转换器
无论输入电压高于或低于输出电压，均能维持恒定输出。适用于电池电压波动范围跨越输出电压值的场景（如锂电池供电设备），既能降压也能升压，是应对输入电压大幅波动的有效方案。
降压
升压
反相
升压/降压
■ 根据用途，选择要点会有所不同
选型时除关注输入/输出电压外，还需结合具体应用场景：
- 电池设备：重点关注轻负载效率及静态消耗电流；
- 工业设备（12V/24V 线路）：需考量输入电压波动范围、耐压能力及抗浪涌性能；
- MPU/FPGA/SoC 供电：需具备优异的瞬态响应能力以应对负载突变；
- 传感器或 RF 电路附近：需严格评估开关噪声影响及 PCB 布局优化。
■ 线圈一体化方案
电感器的选型与布局直接影响 DC/DC 转换器的稳定性、效率及噪声表现。若希望简化设计、实现小型化并降低噪声，可采用线圈一体式 DC/DC 转换器。
该方案将 IC 与线圈集成，显著减轻元器件选型与布局负担，特别适用于小型设备、传感器模块及 IoT 设备等空间受限的应用。
■ 设计时需确认的要点
在选型 DC/DC 转换器时，建议确认以下项目：
- 输入电压范围是否符合实际应用条件；
- 输出电压是固定值还是需外部设定；
- 能否提供所需的最大输出电流；
- 轻载效率是否影响电池续航；
- 重载下的效率与发热是否正常；
- 选择降压、升压、反相还是升降压拓扑；
- 开关噪声是否会干扰负载电路；
- 线圈、电容等外围元件选型是否恰当；
- PCB 布局是否存在物理限制；
- 为实现小型化和设计简化，是否采用线圈一体化结构。
＜总结＞
DC/DC 转换器是利用线圈和开关动作将直流电压转换为另一种直流电压的电源 IC。相比 LDO，其效率更高，适用于需抑制发热或延长电池寿命的场景。但需注意开关噪声、外接元件及 PCB 布局。DC/DC 转换器涵盖降压、升压、反相、升降压等类型，应根据输入电源特性与负载需求合理选型。
■ 下期预告
第 10 期｜PWM 与 PFM，该如何选择？
下期将介绍 DC/DC 转换器控制方式中至关重要的 PWM 控制与 PFM 控制。
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第 1 期｜为何需要电源电路？从“输入电源”和“电源 IC"角度梳理电源设计
第 2 期｜电源 IC 是如何保持电压恒定的？用水流做比喻来理解恒压控制
第 3 期｜仅凭 VIN、VOUT、IOUT 还不够？电源 IC 选型中应关注的基本规格
第 4 期｜您是否忽略了这些关键点？电源 IC 选型时需确认的重要特性
第 5 期｜LDO 看似简单，但选型却大有学问
第 6 期｜如何解读 PSRR、Vdif、Iq？LDO 选型时需确认的主要特性
第 7 期｜如何防止 LDO 启动异常及发热？
第 8 期｜如何估算电源 IC 的发热量？效率与热设计的基础
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