详解DC/DC转换器的结构与控制方式

DC/DC对电子设备的供电不可或缺，但虽统称为“DC/DC”，其驱动器配置和控制方式等也因产品而异。本文将对DC/DC的驱动器配置和控制方式及其差异如何影响特性等进行解说。

1 DC/DC转换器和DC/DC控制器的基本区别

DC/DC转换器和DC/DC控制器的区别在于是否内置功率MOSFET（驱动晶体管）。这种差异会显著影响各类IC的特性、安装难易度及最终成本。

DC/DC转换器（内置FET型）

DC/DC转换器通常指已将功率MOSFET内置在IC内部的类型。即便是DC/DC转换器，既有如同步整流方式般将两个功率MOSFET都已内置的产品，也有如非同步整流方式般仅已内置其中一个功率MOSFET的产品。

DC/DC控制器（外置FET型）

DC/DC控制器是一种不内置功率MOSFET、外置连接型DC/DC。通过选择外置MOSFET，可应对大电流和高效率，但安装面积和元件数量会增加。此外，需要选择周边元件，因此需要具备相应的元件选型知识，与DC/DC转换器相比，其设计难易度往往变得更难。

	DC/DC转换器（内置FET）	DC/DC控制器（外置FET）
功率MOSFET	内置	外置
安装面积	小	较大
元件数量	少	多
最大输出电流	适合小～中电流	适合大电流
设计难易度	较容易	复杂（FET选型、布局等）
设计自由度	较低	较高
EMI对策	较容易	复杂（依赖布局）

2 驱动器配置和对特性的影响

DC/DC的驱动器配置会显著影响效率和元件数量。

2.1 非同步整流方式

组合Pch FET与SBD（肖特基势垒二极管）。存在因SBD正向压降引起的损耗，因此效率低下。但具有可简化DC/DC转换器内部控制电路的优点。SBD需外置，因此与同步整流方式相比，元件数量会增加。

2.2 同步整流方式

这是同步使用MOSFET来替代续流二极管（SBD）的方式。因无二极管VF损耗，所以即使在高输出电流时或低输出电压时也能实现高效率。如果为降压型DC/DC转换器，则将Pch FET用于高侧（High Side）驱动器FET，而将Nch FET用于低侧（Low Side）驱动器FET。

2.3 自举方式

这种方式属于同步整流方式，其高侧（High Side）与低侧（Low Side）两侧驱动器均采用Nch FET。在高侧（High Side）采用Nch FET，因此与同步整流方式相比，具有可减小驱动器尺寸的优点。由此，不仅能在相同尺寸下实现更低的导通电阻，还能在性能相当的情况下，实现更小型化、低成本化。

但是为了驱动高侧（High Side）Nch FET栅极，需要高于VIN电压的电压，因此需要使用自举电容。

驱动器配置	主开关	续流元件	特征	特征	元件数量
非同步整流方式	Pch FET	SBD	控制电路简单	中	普通
同步整流方式	Pch FET	Nch FET	高效率、支持大电流、需要复杂控制	高	少
自举方式	Nch FET	Nch FET	高效率、支持大电流、需要复杂控制	非常高	普通

3 控制方式

3.1 控制方式 (PWM or PFM)

关于DC/DC的控制方式，作为控制开关周期、导通时间的控制方式，存在PWM控制、PFM控制及PWM/PFM自动切换控制。这种控制方式的差异会显著影响轻载效率、噪声特性及输出纹波电压。

工作模式	开关频率	导通时间宽度	轻载效率	输出纹波	噪声频谱
PWM控制	固定	可调	低	小	特定频率
PFM控制	可调	固定	高	大	随负载变化而波动
PFM/PWM自动切换	根据负载自动切换	可调	高	轻载:大, 重载:小	轻载:波动, 重载:特定频率

3.2 相位控制方式 (电压/电流/COT控制)

这是一种将何种信息反馈到IC内部，以获得稳定输出电压的相位控制方式。

主要有以下三种控制方式。

电压控制: 直接反馈输出电压。控制回路虽简单，但瞬态响应特性可能较差。

电流控制: 除输出电压之外，还会反馈线圈电流。与电压控制相比，针对负载变化和输入电压波动，可实现更快速、更稳定的响应。

COT控制: 这是一种输出电压下降时，产生固定导通时间的方式。对负载变化的响应速度极快，补偿电路简单。

控制方式	反馈对象	瞬态响应特性
电压控制	输出电压	中等
电流控制	输出电压 + 电感电流	高速
COT控制	输出电压（纹波）	非常快速

By : Nobuhiko Kamano

2005年加入特瑞仕半导体。

从事DC/DC转换器等电源IC开发6年，其中3年从事离线LED驱动器的技术支持。 之后负责特瑞仕电源IC客户的技术支持。

凭借在产品开发中积累的专业技术以及多年客户支持中积累的丰富经验（包括电源相关问题的解决方案和故障排除），目前负责特瑞仕产品的技术支持和产品提案。

关于特瑞仕半导体株式会社

特瑞仕半导体株式会社(总公司：东京、东证Prime: 6616)从 1995年设立以来，作为日本国内唯一的模拟电源IC的专业厂家，以「Powerfully Small」为产品制造追求的目标，提供增加客户产品的附加值的世界最小级的高效率模拟电源IC以及可以加快客户产品开发的电源设计方案。

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