DCDC转换器的工作原理及应用方案

WAYON维安|KOYUELEC光与电子新起点，新征程，DCDC炼成之路

WAYON维安|KOYUELEC光与电子新起点，新征程，DCDC炼成之路

随着新能源汽车、5G通信、工业4.0以及人工智能的快速发展，电源管理芯片的应用场景越来越丰富。同时传统行业，如网通、电脑、安防、工业、消费类电子等市场持续增长，电源管理芯片的需求也在同步攀高。

DCDC是电源管理芯片中的一种提供直流电源的芯片，广泛应用于各种电子产品中，是名副其实的电子产品心脏。广义的DCDC包括线性稳压器(LDO)、开关稳压器(DCDC)和电荷泵稳压器(Charge Bump)，我们通常所说的DCDC是指开关稳压器。

DCDC的工作原理是通过控制开关组件的开通和关闭来传输能量，其工作原理决定了DC/DC具有高效率、高功率密度、允许宽输入电压等优点，可以实现降压和升压，并具有优良的热性能。下图是DCDC常用的拓扑结构。

图1 DCDC常用的拓扑结构

DCDC开关电源高功率密度的优点，更适合大电流、高电压、高效率、小型化的应用需求，比如基站，数据中心，机器人，新能源汽车等新兴行业的应用。参考未来智库数据分析，在未来五年，全球DCDC的市场规模将达到50亿美金，而中国市场的需求将超过30%。

虽然DCDC的市场空间广阔，但是主要的市场份额都被国外模拟芯片巨头占据，国产厂商的市场占有率偏低，未来国产厂商发展空间巨大。

模拟芯片的开发周期长，研发投入大，依赖研发人员的设计经验，还需要工艺的支持。海外模拟芯片的大厂大多是IDM模式，产品种类齐全。中国半导体市场在历次供应短缺中，不可避免的受到了海外厂商供应的限制，客户没有任何议价权，DCDC国产化的重要性和紧迫性日趋凸显。

同时，在芯片产业上升到国家战略层面的大背景下，随着国产工艺的成熟和产能的提升，国产半导体在DCDC上迎来了巨大的发展机遇。

根据 Frost & Sullivan 统计，2020年中国电源管理芯片市场已经规模突破 800 亿元，约占比全球电源管理芯片市场的35.9%。预计2020年至2025 年，中国电源管理芯片市场规模将以14.7%的年复合增长率增长，至2025年将达到234.5亿美元的市场规模。DCDC电源芯片约占电源管理芯片市场规模的13.12%，则2019-2021年中国DCDC电源芯片市场规模分别约为97.48亿元、100.11亿元和105.92亿元。

能源效率和电力供应是任何行业发展的首要关注点，数据中心、安防、网络通信、汽车计算及移动安全等对稳压电压和电流源的要求的发展在很大程度上取决于各种类型的DCDC转换器，这在很大程度上不断增加了DCDC的市场规需求。维安将基于深耕多年的安防和网通行业应用为起始点，充分发挥自身在市场和研发方面的优势，多线发展，为客户提供更有价值的电源方案。

安防监控应用

图4 维安DCDC在摄像头上的应用方案

安防监控的电源一般采用PoE或者DC 12V直流供电，经过第一级DCDC降压到5V或3.3V，再通过第二级DCDC转换器进行降压为DSP、DDR、PHY提供电源。

网通行业

图5 维安DCDC在无线路由器上的应用方案

网通类产品大多使用12V的适配器进行供电，，经过第一级DCDC降压到5V或3.3V，再通过第二级DCDC转换器进行降压为各个子系统进行供电。

WD2306输入电压范围2.5V to 5.5V，输出电压范围0.6V to 3.6V，完全满足DSP供电要求;工作效率最高可达94%，静态电流<20uA，关断电流仅0.1uA，可以有效的降低其设备的功耗;其内部集成了高边和低边功率MOSFET，使外部应用电路简单;最高开关频率可达2MHz，可以采用小尺寸电感，降低BOM成本;同时内部集成了多种保护功能，包括过流保护、过压保护、软启动等功能，提高了器件可靠性。

WD2316输入电压范围4.5V to 18V，输出电压范围0.8V to 7.0V，最高工作效率高达93%，静态电流170uA，关断电流小于3uA;采用COT控制方式，有利于输出的快速瞬态响应，内部集成低导通电阻的高边和低边功率MOSFET，同时内部集成过压保护、软启动、过温保护等功能，其外围电路也是相对简单,以降低客户BOM成本为目标。

以上5V/18V两款DCDC都会推出SOT23和SOT563两个封装，其中SOT563是目前市场同样规格最小的尺寸，采用先进的FLIP-CHIP封装，大大减少因为打线带来的寄生参数的干扰，并进一步提高效率。

未来，维安会结合自身市场特点，制定一个长期的DCDC的发展规划，满足各种市场的应用需求。针对传统的网通，安防，TV等市场，维安在2022会推出5V/18V/28V，3A以下的通用性比较强的DCDC产品，2022年同步会启动高压小电流的产品的开发，比如40V/60V/80/100V，满足工业，汽车，BMS等等市场的需求。同时维安还会针对CPU，FPGA，SOC等强大算力的应用，比如通讯，网络，数据中心等行业，规划大电流的DCDC产品，在3~5年内逐步完善DCDC的产品线。

审核编辑：汤梓红