DC to DC Converter

在電子產品的世界裡，DC to DC幾乎是不可或缺的一塊電路，只要沒有電，不論多貴且性能再好的CPU，都只是模型而已。既然是必要的零件，那麼就來介紹如何在設計電子電路時，選出適當的元件。

1. 先找出或畫出電路的Block Diagram

注意：
根據不同的產品來設計電源電路，有些複雜的CPU會有電源時序上的問題、有些產品有雙電源輸入…等。而這個產品是非常簡單的電路，外部電源12~48V輸入，內轉5V，再轉3.3V (Block Diagram有點簡略)。

2. 根據方塊圖的IC，去找尋其規格書，基本上可以看到下述兩個數值，輸入電壓5V，最大電流50mA。

注意：
如果真的找不到，就問IC的FAE囉!

3. 選用適當的IC，利用TI的官網來舉例。由於輸入電壓為12~48V，輸出為5V，

根據條件可以看到有7顆IC供選擇。

注意：
雖然選料看起來很容易，可是在設計中要注意的細節還有很多。例如：
成本考量：哪一顆料適用且價格又最為便宜？

尺寸考量：受限於PCB尺寸，過大的零件會導致PCB面積不足

共用料考量：為了不增加物料控管的困擾，最便宜的還不一定能用

交期考量：交期長短會影響研發時程

EOL考量：料件是否會容易EOL，因非商規產品注重5年以上保固

4. 畫電路？基本上規格書裡面都會有電路供參考，如下圖。

注意：
所謂參考電路好聽叫參考，難聽叫剪貼，作為一個電路設計者，建議不要用剪貼大法。如果剛好不是5V輸出的電路，也就不會設計了。

介紹完選料，要來講一下各式DC to DC原理

1. 線性轉換器，又稱LDO ( Low Dropout )，如下圖。有R₁& R₂回授電阻、一個OP Amp和PMOS (也可以NMOS)。OP控制MOS閘極，當I_Load改變，OP調整閘極電壓，進而影響流過MOS上的電流，進而拉回I_Load上的變化。

由MOS原理I_s= I_D得知，即I_in= I_out，所以當V_in和V_out相差太大，則效率轉換不佳，而損失的功耗即轉換為熱。

注意：
因為V_GS< V_tp，所以V_in和V_out無法相等，約有1V的dropout電壓

2. Buck 又稱 Step-Down，為開關型的轉換器。利用S₁開和S₂關對電容充電，S₁關和S₂開來對電容放電，來達到降壓目的。

注意：
S₁和S₂如何開關…這個是另一篇課題，不在這邊討論

3. Boost 又稱 Step-Up，為開關型的轉換器。當BJT關時，電感蓄電能；當BJT開時，V_in + V_L– V_D= V_o，達到升壓目的。

後話：

線性型電路簡單、價格便宜，但是容易會有熱的問題且效率不高；而開關型電路效率高但電路複雜且有EMI問題。

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