DCDC电路学习笔记

是什么

DCDC 是直流转直流的转换器，能够实现升降压。目前主流的主要分两大类，下面主要按照分类来讲：

1. 开关型稳压电源（Buck；Boost；Boost-Buck）
2. 线性稳压电源（LDO）

开关型稳压电源

开关型有三种：Buck；Boost；Boost-Buck。开关型效率高，但是噪声很大，在layout方面需要注意很多细节。下面主要讲解Buck；Boost。

Buck（降压）

下图中两个⬛️上面分别写着BSW和SW的是 IC 引脚标识，一般在规格书上都会写出来，BSW也有可能叫做BOOT或者BSBT，⬛️的左侧为IC内部框图，右侧为外部电路（也就是我们设计的电路）。

Buck（降压）

Buck的本质是什么？通过高速开关调节电压高低，那怎么调节呢，上图中有两个MOS，二者互斥，同一时刻只能有一个MOS打开，二者不同时关闭活同时开启。流程大概是–>上MOS开–>SW电压瞬间上升–下MOS开–>SW电压瞬间下降；此时SW输出类似于方波，但是通过LC后电压变化得缓慢，将时间轴拉长来看就像是电压在小范围中波动，近似于稳定电压，对于输入VIN电压降低了。

通过运放控制H-MOS（上面的MOS：Q1）和L-MOS（下面的MOS：Q2）相间通断控制输出电压高低。

工作时

0. 当IC工作电源抬起时，IC开始工作，即VCC电压上升，此时H-MOS的$V_{GS}=VCC$，H-MOS正常被开启。

1. 当H-MOS导通，L-MOS截止时，紫色高亮部分电压抬高，其中SW引脚电压瞬间上升到VIN，电流通过L1、C2 LC震荡，让瞬间上升的波形变成缓慢上升的波形，此状态一直持续到H-MOS断开。

Buck状态-1

2. 当H-MOS截止，L-MOS导通时，紫色高亮部分电压因外部电容C2有电而缓慢下降，其中SW引脚电压由于L-MOS的导通而接地，此时，VCC给自举电容C1充电。此状态一直持续到L-MOS断开。

Buck状态-2

3. 这时为了维持右侧用电器输入电压稳定，不能继续降低上图用电器R2的输入电压（后面都用$V_{R2}$表示）了，我们必须使得H-MOS导通，此时由于L-MOS的关断，SW电压从0V回到了$V_{R2}$，同时电容BSBT端电压（下图中高亮部分）与SW端电压压差为VCC，而此时由于电容两端电压不可突变，电容两端对地压差同时上升了$V_{R2}$，于是H-MOS的$V_G=VCC+V_{R2}$，此时H-MOS满足了导通条件，$V_{GS}>0$，H-MOS导通。

Buck状态-3

4. 重复2步骤：2–>3–>2–>循环往复，不停的通断HL-MOS以达到调节降压的目的。

Layout注意事项

以下参考自[参考链接3]

Buck-layout

1. 当输出电流IO ≤ 1A时，可以将CIN和CBYPASS用一个陶瓷电容来替代；当输出电流比较大时，则不能将这两个电容合并，并且CIN需要一个容值更大的电容，一般来说，容值越大通常意味着频率特性越差（自谐振频率越低）；CBYPASS一般采用X5R或X7R的 0.1uF~0.47 uF贴片型陶瓷电容。
2. CIN和CBYPASS的过孔寄生电感会使输出电压噪声显著增加。
3. 不要增加电感的出线线宽
4. 电感下方的GND铜皮要挖空
5. 避免电感下方的两块铜皮过近，寄生电容会直接将开关节点出的噪声直接引入至输出
6. 反馈网络布线是最需要注意的，如果这根线上加载了噪声，将会直接体现在输出电压上。
7. 在远离电感和二极管开关节点的地方出线。不要在电感器和二极管正下方布线。

Boost（升压）

仿真分享

网站：https://cc.xiaogd.net/

打开网页，左上角文件–>文本导入，复制以下文本。下面的仿真参数是参考MT3608的规格书做的。可以大致看个效果，实际应用中，这颗IC有反馈电压的引脚，这部分我没有仿真出来

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$ 1 2.6041666666666667e-8 0.08119363461506351 51 5 43 5e-11
r 816 352 816 80 0 10000
c 640 352 640 80 0 1e-7 -8.071510880640082 -10
l 352 80 528 80 0 0.0000047 1.8721934015586417e-7 0
v 352 352 352 80 0 0 40 5 0 0 0.5
r 528 352 352 352 0 100
d 528 80 640 80 2 default
w 640 80 688 80 0
w 816 352 640 352 0
w 640 352 528 352 0
f 480 208 528 208 32 1.5 0.02
R 384 208 384 160 0 2 1200000 5 0 0 0.5
w 448 208 464 208 0
w 528 192 528 80 0
w 528 224 528 352 0
w 464 208 480 208 0
p 880 80 880 352 3 0 0
370 688 80 816 80 1 0 0
w 816 80 880 80 0
w 816 352 880 352 0
368 528 80 560 32 0 0
368 352 80 384 32 0 0
s 576 176 576 256 0 1 false
w 576 176 576 144 0
w 576 256 576 304 0
w 576 304 528 352 0
w 576 144 528 80 0
s 384 208 448 208 0 0 false
368 640 80 672 32 0 0
o 6 1 0 4099 20 0.0015625 0 2 6 3
o 5 1 0 4099 10 0.05 1 2 5 3
o 19 1 0 4099 10 12.8 2 2 19 3
o 20 1 0 4099 5 6.4 3 2 20 3
38 1 F1 0 0.000001 0.000101 -1 Capacitance
38 2 F1 0 0.01 1.01 -1 Inductance
38 0 F1 0 1 101 -1 Resistance

Boost同理，通过高速通断，利用电感充磁放磁，电流无法突变，电压瞬间反向，使得电源电压与电感感应电动势一起为用电器供电以达到升压作用。

工作时

boost仿真

1. MOS打开，电源给电感充磁，同时给二极管后端电容充电。

boost-1

2. MOS关闭，电感为了维持电流而电压反向，二极管后端电路电压为$V_L+V_{VCC}$（VCC电源电压）

boost-2

3. 重复步骤1–>2–>1循环往复

关于计算方法可以参考[参考链接5]

这里讲解的相对简单，Boost我没有实际使用过，最常用的还是Buck降压。Boost相对于Buck，电流在一定范围内变化，就类似于Buck中输出电压变化。

线性稳压电源（LDO）

详细了解可以参考[参考链接6]

几个特性：
LDO=low dropout regulator，低压差+线性+稳压器。

• 低压差： 输出压降比较低，例如输入3.3V，输出可以达到3.2V。
• 线性： LDO内部的MOS管工作于线性电阻。
• 稳压器： 说明了LDO的用途是用来给电源稳压。

LDO

参考链接：

1. BUCK电路的参数计算「CSDN」
2. 秒懂电容自举电路「知乎」
3. Buck DC-DC 的PCB layout
4. 电源篇 – 升压电路 Boost【立创社区】
5. 直流电路中升压电路（Boost）的设计原理、参数计算及MATLAB仿真「知乎」
6. 电子电路学习笔记（14）——LDO(低压差线性稳压器)「CSDN」

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