参考内容

https://www.cnblogs.com/wcat/p/10058743.html

http://www.xlsemi.net/technical/technical_article/%E5%BC%80%E5%85%B3%E7%94%B5%E6%BA%90%E5%90%8C%E6%AD%A5%E4%B8%8E%E9%9D%9E%E5%90%8C%E6%AD%A5.pdf

什么是DCDC

DC/DC电源指直流转换为直流的电源
DC/DC电源芯片主要是通过反馈电压与内部基准电压的的比较，从而调节MOS管的驱动波形的占空比，来保证输出电压的稳定。

底层逻辑

当一个电感突然加上一个电压时，其中的电流逐渐增加，并且电感量越大，其电流增加越慢；
当一个电感上的电流突然中断，会在电感两端产生一个瞬间高压，并且电感量越大该电压越高；

不同种类的DCDC

开关电源在功率管打开时会给电感充电，电感储能；功率管断开时，电感释放能量，从而实现电压变换。在功率管断开时，电感释放能量需要电流回路，续流元器件的选用不同，就会涉及到不同的整流方式，即同步整流和非同步整流。

同步型DCDC
功率管和续流器件均为MOS管，它们必须要按照电源的开关时序同步控制；不能同时导通，否则会发生短路

优点：效率较高
MOS管内阻小，在流过相同电流条件下，其导通电压降远远小于普通肖特基二极管的正向导通压降
故MOS管的损耗功率远远比二极管的小，因而同步整流的效率高。

缺点：稳定性不足
同步整流需要为MOS管额外添加一个控制电路，使得上下两个MOS管能够同步，
相对于非同步，同步的控制电路相对复杂，电路越复杂，稳定性越不可靠，若逻辑出现混乱，上下管同时导通，则系统必定失效。

常见型号内部电路图如下

非同步型DCDC
内部只有一个需要控制的开关管，续流由整流二极管完成；整流二极管并不需要驱动电路，而不需要被同步控制。

优点：稳定性高
肖特基二极管被动导通，不存在同步整流电路中上下管同时导通的情况，故其稳定性高于同步整流电路。

缺点：效率低
当流过肖特基二极管的电流较大时，续流电流在二极管上产生的电压较大（+-0.5V），
当输出的电压很低时，二极管的电压降就占了很大的比重，它消耗的功率相对较大，所以在大电流，小电压输出时候效率偏低。

常见型号内部电路图如下

芯片常见引脚解释

VIN 外部电压输入，DCDC将对其进行变压。
SW 开关引脚，DCDC通过控制内部mos管之类的器件，来输出一个具有特定动态占空比的PWM

BST 自举引脚参考：三极管和MOS管
双N-MOS芯片需要自举电容：
下管源极接地，只需要很低的电压就可以让下管导通
上管源极接SW引脚，在上管需要打开时， $V_{SW} = V_{IN}$, 因此我们需要 $\geq V_{IN}$ 的电压方可导通。
我们需要一个电容来帮助上管的G极提高输出电压,这就是自举电容存在的意义。

PMOS+NMOS不需要自举电容

伏秒平衡和安秒平衡

伏秒定理
通常被用于分析开关电源的稳态工作过程，在一个开关周期内，电感上正向电压乘以时间的面积，必须等于负向电压乘以时间的面积
$\large{V_{on} \cdot t_{on} = V_{off} \cdot t_{off}}$

为什么成立？

从能量角度看：
- 电感是无损储能元件，它不消耗能量，只暂存能量（存在磁场里）
- 充电时：电源对电感做功，能量流入 $W = \frac{1}{2}Li^2$ 增加
- 放电时：电感对负载做功，能量流出 $W$ 减少
  充进去的磁能必须 = 放出来的磁能 ————这就是伏秒平衡
数学角度
- 电感方程：$V_L = L \frac{di_L}{dt}$
  - $V$ 电感两端的电压
  - $L$ 电感量
  - $\frac{di}{dt}$ 电流变化率
- 变形为 $di_L = \frac{V_L}{L} dt$，其中 $di_L$ 表示电流的微分值
- $\int_0^T V_L , dt = L \cdot \left[ i_L(T) - i_L(0) \right]$ 其中 $i_L(T)$ 表示周期结束时的电流 $i_L(0)$ 表示周期开始时的电流
- 由稳态的定义，我们得知 $i_L(T) = i_L(0)$
- 我们得到 $\boxed{\int_0^T V_L , dt = 0}$

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     SW
V_in ──┬── L ──┬── V_out
       │       │
       D       C
       │       │
      GND    GND

引入上图简单BUCK电路，元件D为二极管，SW控制 $V_{in}$ 的通断

阶段 ①：开关闭合（$t_{on} = D \cdot T$）

电感左端接 $V_{in}$，右端是 $V_{out}$
$V_L = V_{in} - V_{out}$ （> 0，上坡）
电感电流线性上升

阶段 ②：开关断开（$t_{off} = (1-D) \cdot T$）

二极管导通续流，电感左端被钳到 0V（GND），右端仍是 $V_{out}$
$V_L = 0 - V_{out} = -V_{out}$ （< 0，下坡）
电感电流线性下降

$\underbrace{(V_{in} - V_{out})}{\text{上坡坡度}} \cdot \underbrace{D \cdot T}{\text{上坡时间}} = \underbrace{V_{out}}{\text{下坡坡度绝对值}} \cdot \underbrace{(1-D) \cdot T}{\text{下坡时间}}$ 化简后，我们可以得到$V_{out} = D \cdot V_{in}$ 即变压比公式

安秒平衡
安秒平衡（Ampere-Second Balance）就是电容版的“伏秒平衡”
电容在稳态下需要满足“安秒平衡”（电荷不累积）
// TODO

简单了解DCDC

硬件入门必备知识之DCDC