DC-DC電壓轉換器是電路設計中經常需要應用的一類電子元器件，這類元器件基本原理相對簡單，但應用中也常會有一些問題伴隨出現，本文對實際的變換器設計中一些值得關注的關鍵問題進行了整理和收集，希望對大家有所幫助。關于DC/DC電壓變換器設計的問題，歡迎隨時溝通，桑尼奇-孫生，18576699326，QQ:2335804557。（更多詳情）

問題1：對于某一給定輸入電壓，DC-DC電壓轉換器只采用一些基本的基于電感的拓撲（buck、boost和buck-boost），理論上能得到怎樣的輸出電壓？

答：buck為DC-DC降壓轉換器拓撲（Vo<Vin），boost為升壓拓撲（Vo>Vin）,而buck-boost既能降壓也能升壓（Vo<Vin,Vo>Vin）。注意，此外僅涉及輸入和輸出電壓幅值，需謹記buck-boost也可使輸出電壓與輸入電壓極性相反。

問題2：DC-DC降壓轉換器拓撲與電路結構有何差別？

答：例如，15V到5V的降壓變換器可采用buck拓撲，但此處實際上是“正輸入正輸出”的buck電路結構，若將-15V轉換為-5V，則需“負輸入負輸出”的buck電路構，拓撲為電路結構的基礎，但可通過很多種連接方法實現。總的來說，決定功率變換器性質的只有電壓幅值。類似地，15V到30V的轉換需“正極性boost”，而-15V到-30V的轉換則需“負極boost”。以上為boost拓撲的兩種不同電路結構。對buck-boost電路，需記住其極性變換的特性。

問題3：什么是“反極性”電路結構？

答：“反極性”電路結構即輸出與輸入極性相反。buck-boost是一個特別的電路，與其它電路不同，最大優點是可根據需要實現升壓或降壓，同時具有輸出與輸入反極性特點。

問題4：buck電壓變換器能否用來將15V輸入轉換為14.5V輸出？

答：從技術上來講，buck為降壓調整器，所以只要Vo<Vin，原則上就可以實現這樣的轉換。然而實際操作中，變換器的輸入和輸出電壓大小差值有一定的限制。即使buck的開關管充分導通，開關管也會有一定的導通壓降Vsw，這就相當于將輸入電壓Vin減去此數值的電壓。注意這種充分導通下，開關變換器基本功能相當于LDO，因些，如第1章所述，此時也應考慮到LDO的最小壓差。例如，若開關管的導通壓降Vsw為1V，則一定不能由15V的輸入電壓得到高于14V的輸出電壓。

第二點需考慮的是，因為最大占空比的限制，即使假設開關管和二極管的導通壓降為0V，仍不能得到所需的電壓。如所求實例中，需要的占空比（理論值）Vo/Vin=14.5V/15V=0.97，即97%。然而市場上絕大部分的buck IC設計都不能保證達到如此高的占空比值。一般IC最大占空比值由其內部內路決定，且Dmax典型值為90%~95%，所以很顯然D=97%超出了其設計范圍。

問題5：開關電源實際設計中，哪個是我們必須記住的這三種拓撲的最基本差別？

答：buck電路電感平均電流（iL）等于負載電流（Io），也即IL=Io，但對boost與buck-boost電路，此平均電流等于Io/(1-D)。所以在后兩種拓撲中，電流是D(占空比)的函數，即間接為輸入電壓的函數（對給定輸出）。

問題6：三種基本拓撲中，占空比如何隨輸入電壓變化？

答：所有拓撲中，高占空比對應低輸入電壓，低占空比對應高輸入電壓。

問題7：何謂DC-DC變換器“峰值電流”？

答：所有DC-DC變換中，“電感峰值電流”、“開關峰值電流”與“二極管峰值電流”都完全相同，一般簡稱為（變換器的）Ipk。

問題8：DC-DC降壓轉換器設計中，成品電感選擇需考慮的關鍵參數有哪些？

答：電感值（以及開關頻率、占空比）決定電流峰值，而拓撲本身（具體應用情況為占空比與負載電流）決定電感電流平均值。對于給定的應用，若減少電感值，電感電流波形將會有更在的峰值，從而導致開關管、二極管（與電容）的電流峰值增大。所以，典型變換器設計首先估算最優電感值以防止電感飽和，這是設計與選擇電感時最重要的方面。

然而電感值并不全由電感線圈決定。理論上，對于給定的較細導線和磁心，可以通過繞制合適的匝數得到任意的電感值。但一個電感器能否承受通過的電流而不飽和仍是問題。磁心磁場（其決定電感電否飽和）的決定因素不是電流本身，而是電流與線圈匝數的乘積（安匝數）。所以選擇電感時不僅應該選取合適的電感值而且要考慮其是否滿足能量要求，通常用微焦表示。磁心必須能夠儲存大于或等于應用所需的能量，即1/2XLI²_PK.

  問題9：DC-DC降壓轉換器中適用于所有拓撲電感值計算的基本設計規則是什么？

答：為減少開關電源內各點的應力與元件體積，一般電流紋波率r取值為0.4，對所有開關頻率，所有拓撲均為較好的折中選擇。

r為△I/IL，其中△I為電流峰值，IL為電感平均電流（△I）。R=0.4即為r=40%或r=±20%，表示電感電流峰值比平均值高20%。

利用定義r=△I/IL與基本電感公式，求出相應的電感值

Von=L△I/△t=L（ILXr）/D/f

解得  L=VonXD/(ILXrXf)

式中電感L的單位為H，f的單位為Hz。Von為開關管導通時電感上所加電壓，buck電路中其值等于Vin-Vo，boost與buck-boost電路中為Vin。同樣，IL為電感平均電流，buck電路中為Io,boost與buck-boost電路中為Io/(1-D)。

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