导语：

我们常用的DC-DC开关电源，但是由于其是集成模块，内部集成了开关控制器、功率MOSFET、功率电感、二极管、电容等DC-DC的常用组件，容易给我们一种错觉，DC-DC已经跟LDO一样简单使用了，只需要外部接一些电容，接一下反馈电阻就能工作了。其实狭窄意义上的DC-DC仅仅指的是DC-DC的PWM控制器，需要硬件设计师外接功率MOSFET、功率电感、二极管、电容等去实现，这样的电路在设计中一定要注意开关电流的回路设计，不然非常容易发生自激。


故障现象：之前同事遇到一个问题，LTM4620总是在上电初期振荡一段时间，一段时间后才能稳定，基本上很容易复现。如果这个问题发生在使用分立的DC-DC加上外置的功率MOSFET、功率电感、二极管、电容的背景下，根本不需要怀疑，首先就是觉得开关充放电的回路在PCB设计时没有处理好，没有遵循回路，回路的上下投影区域无其他高速信号的原则，但是对于集成模块，为啥会出现自激振荡还比较头疼，根本原因终由于时间关系没有能够深究，但是当时我根据DC-DC的工作原理和以前调试分立的DC-DC电源的经验，感觉也许只是在这个频率段受到了干扰、形成了振荡，如果能够避开这个频率段，应该可以消除振荡。


如上面两个图所示，可以通过在fset引脚上下拉一个电阻到GND，来实现对电源模块开关频率的调节，比如当选择120K时，120k*10uA=1.2V，从上面图中可以看出1.2V对应500KHz。


在这个故障中，我们把电阻减小为0欧（开关频率250K，LTM4620只能为400K）或者增大为240K（直接连接到INTVCC）（开关频率750K）均实现了故障的消除。其实本来也可以通过测量LTM4620 SW引脚处的频率，直接测量出电源芯片的开关频率，但是故障板中此引脚没有扇出过孔，无法测量。


举一反三：既然DC-DC模块的开关电源的开关频率可以调节，那么该如何选择合适的开关频率呢？


理论上需要遵循以下原则，如果考虑效率，当输出电压较低（相对于输入电压比较、工作占空比较低时），尽量选择较低的开关频率，以降低因为功率MOSFET的开关损耗来提供工作效率；当输出电压较高（相对于输入电压比较、工作占空比较高时），尽量选择较高的开关频率。


开关频率还有一个重要的影响因素，如果开关频率越低，则所需要的电容越大，所需的电感也越大，这就是早期的开关电源外置的功率电感和电容都是很大个，现在频率上去了，无论是分立DC-DC的整个电路体积还是集成模块的体积都小了。


开关频率越大，其纹波越小，这个也可以理解，我开关次数多了，相当于控制的提高了，纹波也就小了。


补充介绍：

下面简要的介绍下LDO和DC-DC的相关知识点：


1.  LDO，其实LDO是线性电源的一种，即Low drop out低压降的线性电源，这个dropout是线性电源的一个重要特性，行业内应该能实现50mV的压降，即输入3.35V，输出可以做到输出3.3V。其特征主要如下：1）输入电流=输出电流，则其功耗=（输入电压—输出电压）*输入电流。2）输出干净，不存在纹波，高频噪声比较低。3）能够抑制低频段噪声，抑制能力很强。4）功耗较大。5）一般用于模拟电路的供电，推荐小于0.5W以下的供电需求使用。


2. DC-DC，其优点很明显，效率高，功耗低。其缺点也很明显，输出噪声比较大，主要是纹波引起的中低频带噪声，一般为几百K，如果几百M的高频带噪声一般也是DC-DC引起的。


3. DC-DC的开关电源按照调制方式又可以分为几种，分别是PWM模式，一种是PFM模式，还有一种是两者的混合。其中PWM模式可以简单理解为开关的周期是固定的，但是开关的导通时间是可以调节的。PFM模式可以简单理解为开关的导通时间是固定的，但是开关的周期是可调的。PWM模式的特点是：1）开关周期固定，则响应时间确定，则响应及时。2）电路设计时充放电环路的设计比较简单。3）效率要低一点，纹波也要大一点。PFM模式的特点：1）开关周期不固定，造成响应时间不确定，对于负载变化快的场合不能使用。2）电路设计时充放电设计比较复杂，要求很高，因此PFM的电源一般都是集成模块的。3）效率高，纹波小。


4. DC-DC的开关电源按照内部结构，又分为了BUCK电路、BOOST电路、以及两者混合的电路，其中通俗理解BUCK电路对应降压，BOOST电路对应升压，两者的主要区别在于功率MOSFET、功率电感、二极管、电容四个组件的排列顺序不同。下面是两个简单的示意图，充放电的回路示意图如细线所示。幅图为BUCK降压电路原理，第二幅图为BOOST升压电路原理。