DC-DC降压模块的优势-电子发烧友网

在当今电子系统中，电源管理器件承担着重要的作用，大多数情况下，它们的工作就是将来自电源的电能——无论是交流还是直流——通过一系列的转换，调节为各种性能良好的低压直流电源轨，供系统中的每一个用电负载使用。在这个过程中，少不了DC-DC降压转换器的身影，它们输入电压范围较宽、效率高、封装小巧，有利于满足严格能效法规的要求，往往“把守”着向最终低压直流电源轨转换的最后一环。

DC-DC降压模块的优势

一般来讲，实现DC-DC降压转换器的功能有两种选择：一种是自己设计，另一种是直接购买现成的DC-DC降压模块。前者显然在定制化方面更具优势，但对电源工程师的“功力”也有更高的要求，他们必须要能够综合考虑的综合特性、PCB设计、工艺要求、EMI等诸多方面的因素，有时候还需要一些“运气”的成分，因此稍有不慎就可能会影响设计工期或者增加额外的成本。

而如果选择后者，即外购DC-DC降压模块，虽然显得没有前者那么“灵活”，但是由于DC-DC降压模块的制造商已经将这个电源系统所需的元器件尽可能地“塞进”一个单一的封装内，因此外围的电路大为简化，开发者无需为电源设计大费周章或承担不可知的风险；与此同时，集成度的增加也会令整体BOM物料管理得以简化。

从性能上来看，DC-DC降压模块的制造商利用其专业经验，还可以在电源转换效率、尺寸、功率密度等方面进行优化，为用户提供更大的价值。而且有些制造商还能够提供经过内部测试认证的产品，以便客户最终能够快速顺利地通过EMC等认证。

曾有分析认为，对于大功率范围（大于100W）和中功率范围（10W至100W）的电源系统，直接使用DC-DC降压模块更具有技术和成本优势，而对于小于10W的小功率应用，自己设计更划算。不过，随着DC-DC降压模块技术的日趋成熟，这样的分界线似乎已经变得模糊了，DC-DC电源模块的应用越来越普遍。

选型中不容忽视的关键点

既然DC-DC降压模块的应用场景越来越广泛，那么如何选型就成了一个关键。

打开一个DC-DC降压模块的Datasheet，你会看到一系列描述其性能的参数，如输入电压、输出电压、效率、额定电流、纹波电压、转换率、瞬态响应、封装尺寸等等。一般来讲，根据设计的要求列出电源的规格，然后按图索骥对照参数，就能锁定自己的目标。

不过实际的选型工作并没有那么简单，有些在参数之外的关键因素，往往会成为选型天平上最重的那个砝码。

效率

数据表上通常会给出一个令人赞叹的效率数值，但这并不是故事的全部。这是因为DC-DC降压模块的效率表现在整个功率范围内并不一致，接近满载时效率最高，而在轻负载时则会显著降低。因此电源模块针对轻负载条件下效率的提升是否具有特殊的诀窍，以及在静态模式下是否具有较低的静态电流，都应该被纳入到选型考量的范围中。此外，像软启动这种能够显著降低开关损耗，提升效率的功能，也会为DC-DC降压模块在选型评估中赢得加分。

外形

随着电子产品日趋小型化，外形更紧凑的DC-DC降压模块显然会更受欢迎。提升集成度，是控制电源模块外形尺寸普遍采用的方法。很多同步降压DC-DC 模块中会集成控制器、MOSFET、补偿元件，甚至包括电感器，因此只需少量的非关键的外部电容器和电阻器，即可完成应用电路的设计，令占板面积大大减少。

保护

在基本的电源管理功能之外，保护功能也是不少DC-DC降压模块为用户提供的附加值。欠压锁定（UVLO）、短路和热保护、过压保护（OVP）和过流保护（OCP）等保护功能的集成，一方面能够确保系统安全可靠地工作，另一方面也节省了片外保护元器件，可谓是一举多得。

EMC

由于DC-DC转换器开关电源的工作模式，会将噪声直接引入负载，并产生射频噪声，可能对周边电路的稳定性和精度造成影响，因此必须对其电磁兼容性（EMC）特性进行考察，看产品针对EMI抑制是否有相应的优化设计，以便产品能够快速通过相关的EMC认证。

可配置

根据电源系统设计的需要，对DC-DC模块的输出电压进行重新编程设定，这种可配置特性无疑会为开发工作带来极大的灵活性，可以用一颗器件去满足不同设计规格的要求，一方面能够在不增加成本的基础上有效降低物料替换带来的风险，另一方面也能够减少工程师在电源系统设计上的工作负荷。因此，目前市面上可配置、可编程的DC-DC模块也越来越多。

根据设计规格明确了DC/-DC电源系统的主要参数，同时仔细考量上面这几个关键要素，判断一款DC-DC降压模块的“成色”，找到理想的产品和方案就不难了。

理想的DC-DC降压模块

Microchip公司的系列DC-DC降压模块产品，就是顺应技术的发展趋势，按照上面的这些“理想”电源模块的标准而打造的。下面这两颗料就非常有代表性。

MIC33153是一款高效的同步降压稳压器，其输入电压范围为2.7V至5.5V，输出电压范围为0.62V至3.6V，有固定和可调两种类型，输出电流1.2A；在PWM连续工作模式下，提供高达4MHz的恒定开关频率。

图1：MIC33153同步降压稳压器系统框图

（图源：Microchip Technology Inc.）

“高效率”是MIC33153的一个重要标签，其峰值效率高达93%。值得关注的是，由于采用了独特的HyperLight Load模式，其在轻载模式下的效率表现也不俗，1mA时高达85%。此外，其静态电流仅为22μA，且支持可编程软启动，可以说是将能想到的提升效率的举措都用足了。

MIC33153将完整的DC-DC降压转化功能集成在一个14针3.0mm x 3.5mm的QFN封装内，包括电感以及一系列电路保护功能。模块的外部只需两个很“小”的输出电容（2.2μF），就能保证在整个负载范围内输出纹波电压都非常低，并具有超快的瞬态响应。

高集成度、小型化、频率高、瞬态响应快、输出纹波低，全负载范围高效率……集诸多优点于一身，这使得MIC33153非常适合在便携应用中为处理器等关键器件提供高品质的电压轨。

图2：MIC33153典型应用电路

（图源：Microchip Technology Inc.）

上述这些特性优势，在Microchip其他的DC-DC降压电源模块身上也有所体现。

比如MIC33M350和MIC33M356电源模块，它们是采用恒定导通时间（COT）控制架构的高效（高达95%）、低压输入、3A连续电流同步降压电源模块。它们同样具有HyperLight Load模式，可在轻负载时提供非常高的效率，同时具有超快的瞬态响应。

图3：MIC33M350和MIC33M356电源模块

（图源：Microchip Technology Inc.）

这两款电源模块还具有锁存热关断保护、锁存限流保护等保护特性；在EMI方面满足CISPR32 Class B辐射EMI标准（MIC33M350还符合CISPR25 Class 5辐射EMI标准），“综合素质”都很强。

特别值得一提的是，这两款电源模块还提供了灵活的可配置性。MIC33M350的输出电压由两个VSEL（电压选择）引脚设置，可支持最多9个不同电压值（0.6V、0.8V、0.9V、1.0V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V或3.3V）。这种方法无需外部反馈电阻分压器，输出电压设置精度更高。

图4：MIC33M350系统框图

（图源：Microchip Technology Inc.）

MIC33M356的输出电压配置是通过I2C 接口进行编程的，针对不同的产品型号，支持的电压范围分别为0.6V至1.28V（分辨率5mV）或者0.6V至3.84V（分辨率10mV和20mV）。MIC33M356提供0.9V和1.0V两种不同的默认电压选项，使应用能够以安全电压电平启动，然后在I2C控制下迁移到高性能模式。