| DC/DC是開(kāi)關(guān)電源芯片。開(kāi)關(guān)電源，指利用電容、電感的儲能的特性，通過(guò)可控開(kāi)關(guān)（MOSFET等）進(jìn)行高頻開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，將輸入的電能儲存在電容（感）里，當開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電能再釋放給負載，提供能量。其輸出的功率或電壓的能力與占空比（由開(kāi)關(guān)導通時(shí)間與整個(gè)開(kāi)關(guān)的周期的比值）有關(guān)。開(kāi)關(guān)電源可以用于升壓和降壓。我們常用的DC-DC產(chǎn)品有兩種。一種為電荷泵（Charge Pump），一種為電感儲能DC-DC轉換器。本文詳細講解了這兩種DC/DC產(chǎn)品的相關(guān)知識。
相比較前幾年2.8V~3.3V的核心電壓需求，近來(lái)越來(lái)越多的芯片可以在1.2V~1.8V的低壓下順暢運行。這樣，在主要使用鋰（聚合物）電池或鎳氫電池作為系統工作能源的便攜式產(chǎn)品中，選擇合適的電壓轉換器成為設計者們需要考慮的因素。低壓差線(xiàn)性穩壓器（LDO）由于工作電壓的降低，輸入電壓和輸出低電壓間的落差越來(lái)越大，線(xiàn)性穩壓器在電壓轉換過(guò)程中產(chǎn)生了很大了能量損耗，以致其效率甚至可能低至50%以下。更多的設計者開(kāi)始傾向于降壓型DC/DC轉換器。
對于在DC/DC開(kāi)關(guān)轉換器中電感選擇的考慮因素，通常情況下，尺寸、等效電阻和電流容量決定了電感的選取，也可以包括成本、交貨期和技術(shù)支持等設計外因素；并且通常認為在相同條件下，為了降低電感器件的內部損耗，選用更小的ESR（等效串聯(lián)阻抗）值的電感器為最佳。但實(shí)際情況需要更多考慮，本文試圖給出更佳的折衷考慮。
電感器能產(chǎn)生電感作用的元件統稱(chēng)為電感原件，常常直接簡(jiǎn)稱(chēng)為電感。它是利用電磁感應的原理進(jìn)行工作的。作用：阻交流通直流，阻高頻通低頻（濾波），也就是說(shuō)高頻信號通過(guò)電感線(xiàn)圈時(shí)會(huì )遇到很大的阻力，很難通過(guò)，而對低頻信號通過(guò)它時(shí)所呈現的阻力則比較小，即低頻信號可以較容易的通過(guò)它。電感線(xiàn)圈對直流電的電阻幾乎為零。電感是導線(xiàn)內通過(guò)交流電流時(shí)，在導線(xiàn)的內部周?chē)a(chǎn)生交變磁通，導線(xiàn)的磁通量與生產(chǎn)此磁通的電流之比。當電感中通過(guò)直流電流時(shí)，其周?chē)怀尸F固定的磁力線(xiàn)，不隨時(shí)間而變化；可是當在線(xiàn)圈中通過(guò)交流電流時(shí)，其周?chē)鷮⒊尸F出隨時(shí)間而變化的磁力線(xiàn)。根據法拉弟電磁感應定律-磁生電來(lái)分析，變化的磁力線(xiàn)在線(xiàn)圈兩端會(huì )產(chǎn)生感應電勢，此感應電勢相當于一個(gè)"新電源".當形成閉合回路時(shí)，此感應電勢就要產(chǎn)生感應電流。由楞次定律知道感應電流所產(chǎn)生的磁力線(xiàn)總量要力圖阻止磁力線(xiàn)的變化的。
電感器的損失來(lái)自于其直流阻抗（Rdc）和交流阻抗（Rac）。直流阻抗是由線(xiàn)圈的線(xiàn)徑、線(xiàn)圈長(cháng)度所決定，交流阻抗則是鐵氧體磁芯和GAP部的漏磁束和銅線(xiàn)相互鎖交所產(chǎn)生的渦流電流損失。一般在DC/DC工作時(shí)，考慮流過(guò)電感器的電流，對直流電流損
失的部分用Rdc×Idc表示；對交流電流所損失的部分則用Rac×ΔI來(lái)表征。通過(guò)電感器的電流流量振幅ΔI很大、Idc很小的情形下，即使直流阻抗很小，但如果交流阻抗較大，它的效率就會(huì )下降；相反即使直流阻抗很大，交流阻抗如果很小，它的效率也有可能會(huì )上升。
電感輸出電流（Iout）較小的情況下，通過(guò)電感器的平均電流非常小，直流阻抗Rdc稍有不同時(shí)直流阻抗部分的損失都較小，但電流振幅（ΔI）不同就會(huì )影響著(zhù)交流阻抗部分的損失功率。當Iout大的時(shí)候，則通過(guò)電感器的平均電流較大，直流阻抗Rdc的不同會(huì )導致較大的損耗差異，相比之下交流阻抗的功率損失不是主要因素。
圖1是某GSM制式手機在待機情況下的耗流波形圖，正是Idc很小而電流流量振幅ΔI較大的情形�；谏鲜鼋Y論替換交流阻抗較小的電感后，平均待機電流由2.4465mA降低到了2.1337mA.平均待機電流減少了12.8%，這意味著(zhù)可以將手機的待機時(shí)間延長(cháng)14.7%.那么對直流阻抗較小的電感而言，其價(jià)值如何體現？它適合于Idc很大而電流流量振幅ΔI較小的工作模式，這正是用戶(hù)在使用如通話(huà)、多媒體播放、游戲、GPS導航等功能時(shí)便攜式產(chǎn)品所處的工作環(huán)境，此時(shí)可以期待直流阻抗較小的電感會(huì )帶來(lái)更長(cháng)的使用時(shí)間。不過(guò)由于平均電流都比較大，一定程度的改善并不會(huì )對實(shí)際使用時(shí)間造成多少差別，反而我們相信更長(cháng)待機時(shí)間的誘惑可以讓設計者對使用時(shí)間做出犧牲。
用于3G的下一代數字處理器正在向90納米和65納米工藝技術(shù)演進(jìn)，這將使供電電源降低到接近1V，我們在系統級的電源設計中將更多的見(jiàn)到DC/DC轉換器的身影。對待機時(shí)間和使用時(shí)間的平衡是設計者在設計過(guò)程中需要不斷面對的折衷考慮之一，而對待機時(shí)間的重要影響值得我們對電感器做出仔細挑選。 |
