第一個 DC/DC 轉(zhuǎn)換解決方案都是低噪聲線性設(shè)計，易于使用，但有兩個主要缺點。首先，輸出電壓必須始終低于輸入電壓；然而，線性穩(wěn)壓器的效率非常低，并且將大部分供電功率以熱量的形式耗散。其次，根據(jù)輸入和輸出之間的電壓差，線性穩(wěn)壓器的效率可能為 60% 或更低。
　　開關(guān) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的發(fā)明解決了這兩個問題，但需要更復雜的設(shè)計方法。與線性設(shè)計相比，開關(guān)轉(zhuǎn)換器利用電感和電容元件的儲能特性以離散數(shù)據(jù)包傳輸功率。功率脈沖存儲在電感器的磁場或電容器的電場中?！　￠_關(guān)控制器確保在每個開關(guān)周期中僅傳輸負載所需的功率，從而使該拓撲非常高效。最好的設(shè)計可以實現(xiàn) 97% 或更高的效率。圖 1 顯示了開關(guān) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的簡化框圖。

　　圖 1. 開關(guān)穩(wěn)壓器的簡化框圖。圖片由博多電力系統(tǒng)提供  [PDF]
　　圖 1 中的開關(guān)功能由功率晶體管執(zhí)行，功率晶體管以受控順序在高效“開”和“關(guān)”狀態(tài)之間交替。這與線性設(shè)計中的連續(xù)操作形成對比。開關(guān)DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生高于或低于輸入的輸出（升壓或降壓）或反轉(zhuǎn)輸入到輸出的電壓。
　　輸出可以是穩(wěn)壓的，也可以是非穩(wěn)壓的。未經(jīng)調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)換器的輸出電壓隨著負載電流或輸入電壓的變化而顯著變化。在穩(wěn)壓設(shè)計中，反饋控制環(huán)路（虛線）將輸出電壓反饋至開關(guān)模塊；這會改變開關(guān)操作，以補償輸出電壓與期望值的偏差，無論這些偏差是由輸入電壓的變化（例如，供電電池緩慢耗盡）還是由負載的變化引起的。
　　最簡單的開關(guān)拓撲在輸入和輸出之間共享公共接地電流路徑，因此是非隔離的，電感元件是電感器。隔離轉(zhuǎn)換器在輸入和輸出之間提供電流隔離，因為它通過變壓器的相互耦合繞組的電磁場傳輸功率。由于輸出與輸入電隔離，因此輸入電壓與輸出的極性相同或相反并不重要。在線性設(shè)計中，接地返回電流直接在輸入和輸出之間流動；因此，隔離不是一種選擇，只需要三個引腳：Vin、公共地和 Vout。
　　適用于低功耗 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器拓撲
　　在電源設(shè)計中幾乎已成定局：更好的性能與更高的成本、更高的復雜性和更大的占用空間密切相關(guān)。由于小型DC/DC轉(zhuǎn)換器的用戶非?？粗鼐o湊的尺寸和成本效益，RECOM如何滿足他們對低功耗隔離DC/DC產(chǎn)品的要求？　　推挽式拓撲廣泛用于隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。這是一種產(chǎn)生更高、更低或反向電壓的低成本方法，因為變壓器匝數(shù)比決定了輸出電壓關(guān)系。該拓撲結(jié)構(gòu)簡單、效率合理、電磁輻射相對較低。

　　圖 2. 具有未穩(wěn)壓輸出的推挽式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。圖片由博多電力系統(tǒng)提供  [PDF]
　　圖 2 顯示了具有未穩(wěn)壓輸出的隔離式推挽式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的框圖。為了節(jié)省空間，振蕩器和驅(qū)動晶體管可以組合在專用的推挽變壓器驅(qū)動器 IC 中?！　τ诜€(wěn)壓輸出，最簡單的方法是在次級側(cè)添加一個與 +Vout 線串聯(lián)的線性穩(wěn)壓器，如圖 3 所示。這種方法實現(xiàn)了預期目標，并且適合最低瓦數(shù)的 DC/DC 設(shè)計。RECOM RY/P 系列就是一個例子，其中線性穩(wěn)壓器提供短路保護以及穩(wěn)壓、低噪聲輸出。

　　圖 3. 具有穩(wěn)壓輸出的推挽式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。圖片由博多電力系統(tǒng)提供  [PDF]　　這種類型的設(shè)計可以實現(xiàn)約 65-75% 的效率。當功率超過 1 W 或 2 W 時，效率最大化變得更加重要，需要進一步改進設(shè)計。因此，使用初級側(cè)調(diào)節(jié)代替次級側(cè)調(diào)節(jié)。代替線性穩(wěn)壓器，在次級側(cè)對輸出電壓進行監(jiān)控，并將其與所需電壓進行比較，以生成誤差電壓，然后將該誤差電壓發(fā)送回初級側(cè)振蕩器控制器。這會調(diào)整開關(guān)頻率以將誤差驅(qū)動至零。由于這是隔離設(shè)計，因此誤差信號也必須隔離。圖 4 顯示了 RECOM 額定功率為 3 W 及更高的穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器中使用的這種方法，可實現(xiàn)約 85% 的效率。

　　圖 4. 次級側(cè)誤差信號向初級側(cè)控制器提供反饋。圖片由博多電力系統(tǒng)提供  [PDF]
　　具有更高功率輸出的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器需要更復雜的方法。線性調(diào)節(jié)器不僅以上述方式浪費功率，而且兩個次級側(cè)二極管也是損耗源。功率二極管的正向壓降通常為 0.5V，這意味著 1A 時的功率損耗為 0.5W?！　〗鉀Q方案是用由兩個 FET 和一個控制器組成的同步整流器取代二極管和線性穩(wěn)壓器。

　　圖 5. 無源整流（左）與同步整流（右）。圖片由博多電力系統(tǒng)提供  [PDF]
　　圖 5 對比了這兩種方法。FET 通過在周期的正向部分開啟并在周期的反向部分關(guān)閉來充當整流器?？焖匍_關(guān)和約 10 mΩ 的極低導通電阻 RDS(ON) 相結(jié)合，使 FET 成為理想的整流器。缺點是它們必須主動驅(qū)動，因此需要額外的定時和驅(qū)動電路來感測內(nèi)部電壓并與輸出波形同步正確地打開和關(guān)閉兩個 FET。二極管是無源器件，不需要額外的電路即可運行，但同步整流帶來的效率提高足以抵消更高輸出電流轉(zhuǎn)換器增加的成本復雜性。
　　該同步整流器用于 RECOM 的 RP20 系列 20 W DC/DC 轉(zhuǎn)換器，可實現(xiàn)高達 89% 的效率。該設(shè)計還包括前面描述的隔離誤差信號。最后，圖 6 中的 RP20 可以在較寬的負載范圍內(nèi)實現(xiàn) 85-89% 的效率。
　　借鑒自大型電源設(shè)計的設(shè)計技術(shù)正被應(yīng)用于最低瓦數(shù)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，從而產(chǎn)生更高的效率。由于客戶優(yōu)先級隨著功率水平的增加而變化，因此必須進行適當?shù)男薷?。RECOM 是選擇正確設(shè)計以實現(xiàn)成本和尺寸最佳組合的領(lǐng)導者。