开关式DC/DC转换器是一种电源转换设备,它通过MOSFET等开关元件实现直流电的升高(升压)或降低(降压)变换。在选择开关式DC/DC转换器时,需要综合考虑多个关键性能参数以确保选择到最适合应用需求的转换器。 转换原理: DC/DC转换器的工作原理是利用MOSFET开关元件周期性地闭合与断开,在电感器中储存和释放能量,从而实现对输出电压的调节。当MOSFET开关闭合时,电感器储存能量;当开关断开时,电感器通过二极管向负载释放能量。 性能参数: 1. 高效率:效率是DC/DC转换器性能的一个重要指标,高效率意味着转换过程中能量损失较小,可以减少热量产生,提高系统整体的能源利用效率。 2. 小的安装尺寸:随着电子设备集成度的提高,小尺寸的DC/DC转换器更受欢迎。SOT封装等小型封装技术可以减小转换器的物理尺寸。 3. 小的静态电流:静态电流较小的DC/DC转换器在轻负载条件下也能保持较好的工作效率,并且有助于降低待机时的能耗。 4. 较小的工作电压:能够在较低工作电压下启动并稳定工作的DC/DC转换器更适合电池供电的应用场景,特别是单节电池供电设备。 5. 低噪声:EMI(电磁干扰)是设计电源转换器时需要考虑的一个重要因素,低噪声的DC/DC转换器可以减少对其他设备的干扰。 6. 高功能集成度:集成度高的DC/DC转换器可以将开关调节器、电压检测器、线路调节器等多种功能集成到一个芯片中,从而减少外围元件数量,简化设计,节省空间。 7. 足够的输出电压调节能力:输出电压可调的DC/DC转换器能够适应不同的工作条件,保证负载设备得到稳定的供电。 8. 低安装成本:在性能满足要求的同时,成本控制也是一个重要的考量点。 DC/DC转换器的类型及其性能: 1. 电感式DC/DC变换器:主要依靠电感器储存和释放能量。转换效率一般在80%~85%之间,但其尺寸较大,适合电池供电,尤其适合单节电池供电场景。在静态电流和噪声方面表现一般。 2. 无电压调节的电荷泵:不使用电感,通过电容器的充放电实现电压的倍增。效率高,可达90%以上。其尺寸较小,且不需要外部电感器,适合对尺寸要求较高的应用。缺点是噪声较低,但静态电流与工作频率成正比,需要外部电容。 3. 带电压调节的电荷泵:在无电压调节的电荷泵基础上增加了电压调节功能,能够提供精确的输出电压,但效率较低。由于增加了电压调节器,因此静态电流较大。 最佳选择: - 如果应用中不需要严格的电压调节,可以选用无电压调节的电荷泵,特别是需要小尺寸、高效率和低噪声的场合。 - 对于需要后端电压调节的应用,带电压调节的电荷泵是更合适的选择,尤其是当后端调节器输出电压与电荷泵输出电压相近时。 - 静态电流最小化是需要考虑的重要方面,特别是在待机模式或轻负载条件下,此时频率调制(PFM)电感式DC/DC变换器可能更合适。 - 对于电池供电应用,尤其是单节电池供电,电感式DC/DC变换器的低启动电压特性使其成为优选。 - 输出电压调节精度和功能集成度的考量,则应结合具体的应用需求来选择适合的DC/DC转换器。 选择最佳的开关式DC/DC转换器时,需要在效率、尺寸、静态电流、工作电压、噪声、功能集成度、输出电压调节能力以及安装成本等多方面综合考量,以确保所选转换器能够满足特定应用场景的需求。
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