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

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