隨著電子產(chǎn)品功能日趨豐富、架構(gòu)越發(fā)復(fù)雜，其電源系統(tǒng)的設(shè)計挑戰(zhàn)也越來越大。為了給系統(tǒng)中各個組件提供精準(zhǔn)、穩(wěn)定的供電，確保其可靠地工作，開發(fā)者需要將來自總電源的電能轉(zhuǎn)換為不同的電壓軌，同時還要滿足效率、體積和EMI等方面嚴(yán)苛的要求。所有這些努力，都需要不斷發(fā)展的電源管理器件提供助力。

聚焦到應(yīng)用極為廣泛的DC-DC電壓轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，常見的三種架構(gòu)包括降壓型、升壓型和升壓降壓型轉(zhuǎn)換，其中又以降壓型轉(zhuǎn)換的應(yīng)用場景更為普遍，因此開發(fā)者在這方面日常面對的開發(fā)和選型課題也更多。

降壓型轉(zhuǎn)換的技術(shù)考量

眾所周知，在降壓型轉(zhuǎn)換方面LDO和降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器是兩種主流的電源管理器件。

其中，LDO采用的是線性調(diào)節(jié)電壓方式，即通過對輸入電壓進(jìn)行降壓處理，將電壓降至所需的輸出電壓水平，其特點是架構(gòu)簡單（通常只包括基準(zhǔn)參考電壓源、誤差放大器、分壓取樣電阻以及調(diào)整元件）、PCB占板面積小、紋波小、噪聲低；不過，由于其采用的是功率耗散方式，即直接降低電壓以形成所需的電壓差，因此功耗較大、效率相對較低，主要適用于一些低壓差、小電流（功率）、噪聲敏感型的場景。

降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器采用的是開關(guān)穩(wěn)壓器的架構(gòu)，其原理是將輸入電源的直流電壓轉(zhuǎn)換為一定頻率的交流電壓，然后經(jīng)過變壓器、電感器、濾波電容等組件的處理，轉(zhuǎn)換為所需的直流輸出電壓水平。相較于LDO，這種通過高頻開關(guān)來實現(xiàn)電力轉(zhuǎn)換的方式，突出的優(yōu)勢是功耗較小，效率更高；同時，其還可以針對更多樣的輸入電壓和負(fù)荷條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，支持更大的功率輸出，滿足更復(fù)雜的電路系統(tǒng)要求。

由此可見，面對當(dāng)今日趨復(fù)雜的電子產(chǎn)品，特別是高輸入電壓、大電流和高性能的設(shè)計需求，降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器肯定是不可或缺的存在。在復(fù)雜系統(tǒng)中，通常是將降壓DC-DC作為主降壓器件，后接LDO進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。

不過所謂“尺有所短、寸有所長”，降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器也有一些“先天的短板”，比如：器件架構(gòu)較復(fù)雜，需要外圍元件，因此PCB面積較大，成本也較高；紋波較大，開關(guān)噪聲大，電路設(shè)計較復(fù)雜。

這也就意味著，在做降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的選型和開發(fā)時，電源工程師需要全面地評估相關(guān)電源管理器件的性能，以便在系統(tǒng)設(shè)計時揚(yáng)長避短，實現(xiàn)更優(yōu)的解決方案。

表1：LDO和降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器比較

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具體來講，在進(jìn)行降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器選型時，除了要了解輸入電壓范圍、輸出電壓/電流、效率、開關(guān)頻率等核心參數(shù)外，針對一些特定的應(yīng)用，還需要考量靜態(tài)電流（Iq）、關(guān)斷電流、散熱、噪聲等特性，以更好地滿足設(shè)計所需。

輸入電壓范圍

此參數(shù)明確了降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器實際使用時輸入電壓的波動范圍，較寬的輸入電壓意味著器件具有更廣的應(yīng)用場景、更強(qiáng)的適應(yīng)性和更大的設(shè)計靈活性。

輸出電壓

通常包括固定輸出電壓和可調(diào)輸出電壓兩種類型的器件，需要根據(jù)實際應(yīng)用進(jìn)行選擇。同時，也需要關(guān)注輸出電壓精度，及其在不同工作溫度、輸入電壓和負(fù)載電流條件下的變化。

輸出電流

持續(xù)的輸出電流能力是降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的一個重要參數(shù)，也決定了其支持的功率水平，設(shè)計時需要根據(jù)此參數(shù)保留一定的余量，以避免器件超負(fù)荷工作。

效率

這無疑是電源系統(tǒng)設(shè)計時極關(guān)鍵的指標(biāo)之一。值得一提的是，效率的提升要同時關(guān)注輕載和重載兩種情況——輕載效率會影響待機(jī)功率，重載效率會影響溫升。降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器通常會通過在輕載和重載時采用不同的電源轉(zhuǎn)換工作模式，來實現(xiàn)全負(fù)載范圍的高效率。

紋波噪聲

DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)動作以及對電感電容充放電，會造成較大的EMI噪聲和電源紋波。較大的紋波，會影響器件的轉(zhuǎn)換效率和功耗，造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定、發(fā)熱量偏高，并會干擾高速、高精度數(shù)據(jù)采集等噪聲敏感型應(yīng)用。

開關(guān)頻率

較高的開關(guān)頻率有利于在外部電感、電容等元件選型時，使用體積更小的元件，以節(jié)省PCB面積。但開關(guān)頻率的提高也可能會在功耗和噪聲方面帶來負(fù)面影響，需要仔細(xì)權(quán)衡。

負(fù)載調(diào)整率

該特性反映了電源負(fù)載的變化對電源輸出電壓的影響，好的電源管理解決方案負(fù)載變化引起的輸出變化顯然更小，輸出也更穩(wěn)定。

保護(hù)功能

降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部集成過流保護(hù)、短路保護(hù)和熱關(guān)斷等保護(hù)功能，使其無需額外的外部保護(hù)電路，也可以保障器件的安全可靠工作。

封裝和散熱

既要封裝尺寸小，又要散熱性能好——能夠兼顧這兩項看似相互矛盾的設(shè)計需求的降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，自然具有更顯著的優(yōu)勢。

顯而易見，想要在降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器選型時充分考量上述這些技術(shù)要素，并在系統(tǒng)設(shè)計時合理地決策、巧妙地權(quán)衡，十分考驗硬件工程師的功力，也會耗費(fèi)其不少的時間和精力。

NEX40400同步降壓轉(zhuǎn)換器

幸運(yùn)的是，Nexperia通過不斷的技術(shù)迭代和優(yōu)化，將以往需要在系統(tǒng)設(shè)計層面面對的設(shè)計難題，在器件設(shè)計層面就解決了，從而開發(fā)出了綜合性能表現(xiàn)十分出色的降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品。

NEX40400同步降壓轉(zhuǎn)換器就是Nexperia新近推出的一款具有出眾的高效率、超低Iq、寬輸入等優(yōu)異特性的產(chǎn)品。

圖1：NEX40400同步降壓轉(zhuǎn)換器（圖源：Nexperia）

NEX40400具有4.5V至40V的寬輸入電壓范圍，適用于工業(yè)和汽車行業(yè)中各種電源降壓應(yīng)用，如12V和24V軌的輸入應(yīng)用，其輸出電壓精度為1%，連續(xù)輸出電流高達(dá)600mA。

通過采用PFM（脈沖頻率調(diào)制）方式，NEX40400通過在輕載條件下降低開關(guān)頻率，減少開關(guān)損耗，實現(xiàn)更高的效率——其在中低負(fù)載條件下的效率比同類產(chǎn)品高約8%。頻率折返技術(shù)有助于防止啟動時電感電流失控，并使轉(zhuǎn)換器不論是在高轉(zhuǎn)換比還是低壓差情況下，都能夠可靠運(yùn)行。

超低的工作靜態(tài)電流Iq是NEX40400另一大特色，其待機(jī)電流僅為60μA，關(guān)機(jī)電流更是低至0.3μA，這使其非常適合電池供電類應(yīng)用。

NEX40400的固定開關(guān)頻率為1.05MHz和2.1MHz，通過采用擴(kuò)頻技術(shù)有效降低了EMI，提升了其噪聲特性。強(qiáng)制PWM（FPWM）選項還有助于降低器件的輸出紋波。

NEX40400還提供一系列IC保護(hù)功能，如過流保護(hù)、短路保護(hù)和熱關(guān)斷，確保在嚴(yán)苛環(huán)境中實現(xiàn)高可靠性。

此外，在封裝方面，NEX40400采用經(jīng)濟(jì)高效的6引腳SOT8061-1（TSOT23-6）表面貼裝塑料封裝，尺寸僅為2.9mm x 1.6mm，且具有良好的散熱性能。

圖2：NEX40400同步降壓轉(zhuǎn)換器功能框圖（圖源：Nexperia）

綜合上述這些特點，NEX40400非常適合工業(yè)配電系統(tǒng)、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施（如智能電子式電表），以及白色家電和電池供電消費(fèi)電子產(chǎn)品。據(jù)悉，Nexperia還計劃在2025年下半年發(fā)布符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的NEX40400版本，將其應(yīng)用版圖擴(kuò)展至車身電子和照明、車載信息娛樂系統(tǒng)、ADAS以及儀表盤、攝像頭和顯示器等汽車應(yīng)用。

圖3：NEX40400典型應(yīng)用電路（圖源：Nexperia）

本文小結(jié)

作為應(yīng)用極為廣泛的電源管理器件，降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器一直在通過技術(shù)進(jìn)步，強(qiáng)化自身的優(yōu)勢，彌補(bǔ)性能短板，以滿足日益多樣化的應(yīng)用所需。

Nexperia的NEX40400同步降壓轉(zhuǎn)換器，無疑就是其中一款綜合了諸多先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)秀解決方案，各個方面的性能表現(xiàn)都可圈可點，可謂是降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器中的“六邊形戰(zhàn)士”，能夠為電源系統(tǒng)的設(shè)計帶來更大的靈活性！