【技术】解析开关电源的发展趋势：因具有功耗小、变换效率高等优良性能，加上生产成本低，已逐渐取代线性电源

时间： 2023-01-31 来源：思瑞浦

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电源作为电子产品的动力中枢，其续航能力直接决定着电子产品的使用寿命。随着集成电路制造工艺的不断进步，数字电路的电源电压一直下降，但系统的供电电源还是在较高的电位，因此必须靠降压型电源来提供较低的供电电源。开关电源技术问世之前，线性电源作为各类电子产品的主要电源，能够实现直流高电压向直流低电压的单向变换，适用于低压差的电压转换和低负载电流的应用。要提高电子产品的性能，节约能源，关键是要解决电源的性能问题。由于开关电源具有功耗小、变换效率高等优良性能，加上生产成本低，已经逐渐取代了线性电源，在电子行业得以广泛使用。

开关电源发展之初，功率级多采用分立器件，应用简单的异步整流技术，如图（1）所示。

同步整流技术采用MOSFET代替整流二极管，由于MOSFET的导通电阻很低，整流器件的导通损耗大大降低，提高了转换效率，同步整流技术尤其适宜应用在低电压、大电流的场合。同步整流BUCK如图（2）所示。

进入90年代中后期，随着集成电路的发展，MOS分立元件集成到芯片中，DCDC BUCK整体性能大幅提高，同时降低了成本，显示出强大的生命力。对于电流不是很大的BUCK，功率级High Side MOS多采用PMOS，这样控制电路简单。而对于大电流BUCK，则改用经济的NMOS、NMOS的栅电压要通过自举电路抬高，如图（3）所示。

DCDC按控制环路可分为电压模式控制（图 4）和电流模式控制（图 5）。

电压控制模式系统结构简单，因其只有电压反馈一个环路，动态响应慢，存在双极点，补偿复杂。电流模式控制在保留电压控制模式的基础上，又增加了一个电流反馈环，即存在电压反馈外环和电流反馈内环的双环控制系统。电流模式控制闭环响应快，单极点系统易于补偿。但当占空比（D）大于50%时，易产生次谐波振荡，各种谐波补偿电路应运而生，弥补了不足，在很长一段时间，电流模式控制DCDC一直是电源的主流。

受到摩尔定律的指引，半导体制程的线宽不断缩小，智能手机、平板电脑和数码相机等市场上的便携式设备做得越来越轻薄，功能越来越强大。然而数码产品所需电源电压不断下降，电流不断增加，对电源性能的要求不断提高，传统PWM模式DCDC，已不能满足市场需要。

近些年，COT（Constant-On-Time）控制架构得以广泛应用。COT架构的DCDC具有几大优势：1、控制电路简单，不需要误差放大器和电流采样电阻。2、对负载的变化响应快速。3、轻载时仍有较高效率。输出级电容的ESR(串联等效电阻)自带电感电流信息，只要其“信息”足够（所产生纹波可以和电容纹波比拟）就可以作为电流检测电阻使用，以实现只用输出电压就可以获得电流模式控制[1][2][3]。在输出电压纹波要求不高的应用中，可以在电容上叠加一个电阻去产生这样的纹波信号，如图（6）中的R3。

通常用具有较高ESR的电容（电解电容，固态电容（OSCON），高分子有机半导体固体电容器（POSCAP）来实现这种纹波。受严格的输出调整电压规格限制，以及成本和尺寸压缩的需要，电源设计者转向成本更低、尺寸更小、ESR更低的陶瓷电容（ceramic）[1]。使用带陶瓷电容的COT架构，就必须“造出”带有电感电流信息的幅度足够大的纹波，图（7）为纹波产生电路，产生的纹波可由公式（1）计算得出[1]。

与图（6）同一款芯片的另一种应用，如图（8）所示：为获得较小的输出纹波，不用R3，而用RA,CA产生了带有足够电感电流“信息”的纹波，加载在反馈电压信号上。

思瑞浦研发的TPP2020 DCDC BUCK，采用COT技术，输入电压最高可达 20V，输出电压5V到1V，输出电流可达3A，效率最高可达93%，其应用电路如图（9）所示。

DCDC BUCK随着微电子技术的发展以及电子产品电源的需要而不断创新，从异步整流到同步整流，功率器件从片外分立MOS到片内集成大功率MOS，从单环电压模式到双环电流模式，从复杂环路和补偿电路到简单的COT架构（误差放大器，补偿电路，甚至振荡器都可以不要），从PWM到PFM操作……如今COT架构更是以其无以伦比的优势在电源领域得以大力发展。未来，还会有新的技术不断创造出来、融入进来，使DCDC BUCK性能更加卓越…

参考文献

1. Shangyang Xiao, “Ripple Generating Circuit for Constant-On-Time Controlled Buck Converters”, powerelectronics.com/regulators/ripple-generating-circuit-constant-time-controlled-buck-converters

2. Kuang-Yao (Brian) Cheng, “Adaptive Ripple-Based Constant On-Time Control with Internal Ramp Compensations for Buck Converters”, p.440, 2014, IEEE

3. Shuilin Tian, “Small-signal Model Analysis and Design of Constanton-time V2 Control for Low-ESR Caps with ExternalRamp Compensation”, p.2944, 2011,IEEE

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瑶芯微 - HIGH-VOLTAGE MOSFET,SGT,原边开关管 SJ MOSFET,SIC场效应晶体管,次级同步整流 SGT MOSFET,SJMOS,高压MOSFET,SIC MOS,TRENCH FIELD STOP IGBT,IGBT,PFC 升压二极管,TRENCH MOSFET,SIC JBS,双通道低压MOSFET,功率器件,SGT MOSFET,低压先进MOSFET,次级输出 VBUS TRENCH MOSFET,初级开关管 SJ MOSFET,TRENCH,沟槽场截止IGBT,LOW-VOLTAGE ADVANCED MOSFET,FAST RECOVERY DIODE,LOW-VOLTAGE MOSFET,沟槽MOS管,SIC MOSFET,副边输出 VBUS TRENCH MOSFET,硅基MOSFET,低压 MOSFET,低压MOSFET,SI-BASE MOSFET,低压 SGT MOSFET,FRD,副边同步整流 SGT MOSFET,DUAL-CHANNEL LOW-VOLTAGE MOSFET,快恢复二极管,SJ MOSFET,SI MOS,SJ-MOSFET,AKT4050K,AKS65N1K8FM,AKT3B165GL,AKCK2M080WAMH-A,AKS60N680LMF,AKG10N077GM,AKCK2M040WAMH-A,AKC65D008PAHH,AKG85N050P,AKT4050G,AKBK2A040WHH,AKG10N077GL,AKBK2A040WHM,AKT20P50Q,AKT1A024MBU,AK1K2FRD51,AKT30P35K,AKG85N050D,AKG6N200KL,AKG3N007GL,AKT20P75CG,AKT15P230EL,AKG4N012GM,AKG4N007TL,AKG4N007TM,AKT30P35G,AKT2A165EAU,AKT7002,AKT3070Q,AKCK7M1M0WMH,AKG4N068GL-A,AKG15N110PM,AKT3075CQ,AKT4P135GM-A,AKC65D010DHH,AKS65N3K6FAM,AKT2N105SU,AKT30P10S,AKT3B350GL,AKT4060K,AKG4N024KM,AKCK2D015WBHH,AKT300808S,AKS65N410WMF,AKT40P06S,AKG4N070QL,AKDK2N075WBH,AKT20P60Q,AKT30P25Q,AKT20P60K,AK1K2FRD77,AKG4N013GM-A,AKG10N130KL,AKG4N006TM,AKT20A12K,AKC650D006PA,AKG120N7G,AKT30P25K,AKT3080Q,AKT4P138KM-A,AKT3080K,AKS70N6K0FM,AK750FRD49,AKT3080G,AKG3N019GL,AKS65N1K9FM,AKG10A900AL,AKG6N028GL,AKG6N300KL,AKT20P70K,AKG10N016TM,AKT30P55K,AKCK2M080WMH,AKT2301B,AKT2301A,AKT4407A,AKG4N024DM,AKG4N036GL,AKT3P190KL,AKT30A19P,AKT30A19K,AKCK2M030DBMH,AKS65N3K6FM,AKS70N3K6FM,AKT30P55G,AKG6N016GL,AKT30A19D,AKT3090K,AKT3090G,AKT30P30G,AKT4A160GL,AKT2302B,AKT2302A,AKS65N1K9DM,AK1K2FRD24,AK1K2FRD25,AKG4N026KM,AKS65N1K9FAM,AKT3A200QL,AKBK2A075YHH,AKG85N052P,AKT4080K,AKT30P22G,AKG10N042DM,AKG10N015TM,AKT30P45Q,AKG10N036PM,AKT30P45K,AKG10N130GL,AKT20P80G,AKG4A058GM-A,AKBK2A075YHM,AK1K2FRD35,AKG85N065P,AKT3B300QL,AKG10N100PM,AKT30P45G,AKG10N054DM,AKG15N072DM,AKS65N410WMF-A,AKG4N068QL-A,AKS65N1M0KM,AKT2312A,AKT30P20Q,AKG10N200SL,AKT40P12S,AKT4A235QL,AKT3B330GL,AKS65N1K9PM,AKT0142D,AKG6A110GL-A,AKG10N020TM-A,AKG6N045GL,AKT6N370KL,AKG10N022DM,AKG100N077GM,AKS70N6K0KM,AKG4N035QL,AKT20P90G,AKG4N058GM-A,AKG4N032KM,AKT15P225JL,AKG4N053GL,AKT30A15K,AKG4N024PM,AKT30A15D,AKC65D006KHH,AKT40P12G,AKT30P50G,AKG10N220KL,AKT30A15P,AKT40P10S,AKT40P10K,AKBK2A100YHM,AKT40P35G,AKBK2A100YHH,AKT3B210GL,AKB65A080WHH,AKS65N1K9FMF,AKG4N058QM-A,AKG6N120KL,AKT3B135GL,AKC65D020WBHH,AKG100N8K,AKG15N070DM,AKS60N1K8KM,AKT3N050KL,AKG10N046GL,AKS65N3K6PM,AKS60N280WM,AKG6N068KL,AKT0142P,AKG4N035PL,AKG10N100KL,AKT30P40Q,AKT3008S,AKG100N8P,AKS65N6K0FM,AKT60DN03,AKG10N080PM,AKT3A135QL,AKG10N080PL,AKT30A12G,AKG6N070QL,AKT6004,AKS65N1K9LM,AKC65D008KHH,AKT1A055MAU,AKG70N082G,AKG70N082D,AKT8290P,AK1K2FR1D4,AKG70N082P,AKC75A260NM-A,AKG10N080KL,AK1K2FR1D9,AKG70N082K,AKT30A11G,AKC65D010PAHH,AKG10N036DM,AKT7080P,AKT7080K,AKG6N035GL,AKG4N033KM-A,AKG10N096SL,AKT7080D,AKC65D006GHH,AKT2035K,AKT4008S,AKS65N6K0KM,AKG6N220KL,AKT40P15K,AKT3P050KL,AKG15N049DM,AKT3015Q,AKT2P073KU,AKT20P07,AKS65N3K6LM,AKBK2A100WHH-A,AKT30P60K,AKT40P40K,AKG3N015QL,AKG40N018G,AKT6888D,AKT6888K,AKT2008,AKCK2M017WMH,AKG10N900EL,AKT6080K,AKT6080D,AKT6888P,AKCK2D020WBHH,AKG6N042KM,AKT1815Q,AKG10N038GL,AKCK2M040WMH,AKG4N009DAM-A,AKG3N011GL,AKT30A10D,AKT2055Q,AKCK2M160WAMH,AKG10N100DM,AK650FR1D9,AKG6N036WM,AKT30A10P,AK1K2FR2D6,AKT30A10K,AKT01P55K,AKT40A14K,AKT01P55P,AKT40A14P,AKCK2M080DBMH,AKC65D010KHH,AKT3012S,AKG4N008GM,AKCK2M040WAMH,AKG100N10G,AKS65N700WMF,AKG4N012TM,AKC75M015WMH,AKT2065G,AK650FR2D6,AKG15N070PM,AKG20N107DM,AK1K2FR5D2,AKC65D020WHH,AKT4015A,AKT4013S,AKT3035G,AKT8810,AKG12N070GM,AKT3022Q,AKG15N110DM,AKG10N020TM,AKG15N072DM-A,AKG12N075PM,AKT40P30Q,AKCK2M040DBMH,AKG6N030GM,AKT4025G,AKT4P138KL,AKCK2M030WMH,AKG3N048GL,AKG15N110GM,AKS60N1K8LMF,AKT2040Q,AKS65N1M8KM,AKCK2A220NM-A,AKT6050K,AKG10N080DM,AKG4N025GM-A,AKG10A250GL-A,AKG4N008GM-A,AKCK2A400HM-A,AKT2075CQ,AKB65A050WHH,AKG4N007GM-A,AKG3N019QL,AKCK2D010WBHH,AKCK2M030WAMH-A,AKT4010G,AKS65N950WMF-A,AKG4N050QL,AKCK2M017WAMH,AKS60N300WMF,AKG10N054PM,AKT20P10J,AKCK2A040WHH,AKT4045Q,AKG10N150KL,AKT6040G,AKG10N150KM,AKS60N220WMF,AKT2050G,AKT6040K,AKG10N130QL,AKS60N370WMF,AKT3030Q,AKT30P18Q,AKT4935,AKS65N1K8LMF,AKT3030K,AKG30N011G,AKS60N680WMF,AKC65D008DHH,AKT4020G,AKT2302,AKT2301,AKT4020K,AKS65N950FMF,AKT2305,AKT20P95CG,AKT4953,AKG6A110GL,AKS65N950WMF,AKT2060K,AKT4055G,AKS65N1M2KM,AKCK2D030WBHH,AKT4P148SL,AKG10N042PM,AKT3040Q,AKG4A068GL-A,AKT30P08S,AKG40N011G,AKG3N015GL,AKG6N115GL,AKS65N1K2DMF,AKT4030K,AKT4030Q,AKT3415,AKG100N077G,AKG4N070GL,AKG4N018GL,AKB65A040WHH,AKCK2M160WMH,AKCK2M030WAMH,AKG100N042P,AKT3400,AKT3401,AKG10N150GL,AKT3404,AKG6N036DM-A,AKT2312,AKT4N210SL,AKG100N042D,AKT6020K,AKT3050Q,AKG6N040KL,AKT3050K,AKG4N007GM,AKT3B220QL,AKT3050G,AKT3407,AKG4N007GL,AKG40N025G,AKG40N013G,AKT2070Q,AKT20P65G,AKT4040K,AKT4040Q,AKC65D020DHH,AKG60N023G,AKCK2M080WAMH,AKT30P18K,AKT4040G,AKCK2M016WAMH-A,AKC65D020PAHH,AKG100N042W,AKS65N2M2KM,AKT4A160QL,AKG100N15G,AKG100N15K,AKT2080K,AKG60N036D,AKT6010Q,AKG70N059K,AKT2080G,AKS65N1M4KM,AKT3095CG,AKG70N059D,AKT40A10G,AKG70N059P,AKG60N036P,AKCK2M160DBMH,AKS65N1K2FMF,AKT3060G,AKG100N15P,QC CHARGER,EV CHARGER STATION,电子工具,汽车,EPS,AUTOMOTIVE,COOLING FAN,工业变频,大功率开关电源,E-TOOLS,优化器,超算电源,服务器电源,电动自行车,大功率 AC-DC 转换电源,直流 - 直流转换器,便携式储能,LIGHTING,XEV OBC,PUMP,直流-直流,家电,车载无线充电,开关电源,VBUS,手机,储能系统,电池,消费电子,车载,OPTIMIZER,PV INVERTOR,PORTABLE ENERGY STORAGE,DC-DC,E-BIKE,OBC,QC充电器,CHARGER,PC 电源,QC/PD充电器,ENERGY STORAGE SYSTEM,WIRELESS CHARGER,充电桩,电动汽车充电站,工控,BMS,平板电脑,光伏,新能源,HIGH POWER SMPS,车载逆变,PAD,QC/PD CHARGER,AC-DC 充电器产品,通信电源,TRACTION INVERTOR,光伏逆变器,电池管理

2022/10/14 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

SLKOR（萨科微）专业从事功率元器件的设计、生产和销售。技术骨干来自Infineon英飞凌、三菱、IR、TI德州仪器、ONSEMI安森美等同行业技术领先企业，主要生产MOS场效应管、COOLMOS、电源管理IC、FRD、霍尔hall元件、SCR、IGBT单管、SiC元器件等。

SIC碳化硅器件高压MOS管中低压MOS管 COOLMOS 碳化硅场效应管碳化硅肖特基二极管场效应管 TVS瞬态抑制二极管 ESD防静电二极管超结场效应管 IGBT单管 IGBT/SIC模块二极管三极管肖特基二极管线性稳压器LDO 霍尔传感器开关二极管可控硅单向可控硅双向可控硅整流桥通用二极管 DC-DC电源芯片驱动IC IC集成电路快恢复二极管电池管理IC 光耦光电二极管运算放大器 RS232芯片达林顿管电压基准芯片开关电源芯片

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思瑞浦（3PEAK）DC-DC转换器选型表

工业级，应用温度范围-40 to +125℃；宽压降压转换器：输入电压3V~60V，输出电压0.6V~100V；中压降压转换器：输入电压 4.5V~17V，输出电压0.6V~17V；低压降压转换器：输入电压2.8V~6V，输出电压0.8V~17V；升压转换器：输入电压0.9V~80V，输出电压VIN~80V。

产品型号	品类	Status	Rating	Package	VIN(V)	Output(V)	Max Output Current(A)	Switching Frequency (kHz)
TPP60308-ES1R-S	宽压降压转换器	Production	Industrial	ESOP8	4.5~60	0.8~60	3.5	100-2500

选型表 - 思瑞浦立即选型

澜智（ZETTA）闪存、DDR3(L)和电源管理芯片选型指南

LDO/Flash/EEPROM/DDR3L

ZETTA - EEPROM,DCDC,NAND闪存,DDR3L,LDO,电可擦可编程只读存储器,NOR FLASH,NOR闪存,NAND FLASH,ZD24C64A-SSGMT,ZD25WQ80BOIGT,ZD25Q64BSIGT,ZDV4256M16A-14DPH,ZD24C1MA-SSGMB,ZDV4128M16A-13IPH,ZD35Q2GC-IBR,ZD8028IB5TR,ZDSD16GLGEAG,ZDV4256M16A-11IPH,ZD1117ILTR33,ZD25LQ64ASIGT,ZD24C08A-XGMT,ZD25WD20BNIGR,ZD24C256A-SSGMT,ZDV4256M16A-13DPH,ZDV4128M16A-14DPH,ZD25WQ80BTIGR,ZD24C16A-SSGMT,ZD25LQ64AWIGR,ZD24C32A-SSGMT,ZD25WD40BEIGR,ZDSD02GLGEAG,ZDV4256M16A-14IPH,ZD35Q1GC-IBR,ZDV4128M16A-13DPH,ZD25WQ80BUIGR,ZDSD04GLGEAG,ZDSD64GLGEAG,ZD25WD20BUIGR,ZDSD08GLGEAG,ZDV4128M16A-11IPH,ZD25LD40BNIGR,ZD25WQ16BTIGR,ZDSD01GLGEAG,ZD24C512A-SSGMT,ZD25LQ128AVIGR,ZDND1G08U3D-IA,ZDV4256M16A-13IPH,ZD24C64A-XGMT,ZDV4256M16A-11DPH,ZD1117ILTR18,ZDV4128M16A-14IPH,ZD25WD20BTIGR,ZD25Q64BWIGR,ZDV4128M16A-11DPH,ZD25D40BTIGR,ZD25WQ16BUIGR,ZDND2G08U3D-IA,ZD24C128A-XGMB,ZD25WD40BOIGT,ZD24C08A-SSGMT,ZD25LQ128AWIGT,ZD24C128A-SSGMT,ZD24C16A-XGMB,ZD25D40CEIGR,ZD1117ILTR50,ZDSD32GLGEAG

2022/2/25 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

华轩阳电子（HUA XUAN YANG ELECTRON）是一家持续研发——高效率、高功率、高性能的功率器件生产厂家。产品是二极管Diode、三极管Transistor、瞬态抑制ESD、场效应MOS管。应用于电池管理，电源管理，电机控制，数码产品以及家电。其中，MOSFET/ESD为超过2000个客户提供经口替代方案，最多的时候，帮助客人降低50%的器件成本。量产型号已经超500个。

场效应管晶体管肖特基二极管瞬态抑制稳压管三端稳压器稳压二极管超快恢复二极管 MOSFET 高压MOSFET ESD TVS SGT MOSFET 线性稳压LDO 可控硅

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最大漏源电压达60V的MOS管HKTD20N06，可用于电机驱动、LED和电源等

MOS管在稳压以及开关等电路上具有非常重要的作用，一款好的MOS管除了具备好的产品性能，其功耗、产品稳定性同样重要。本期，合科泰电子给大家介绍一款MOS管HKTD20N06，可用于电机驱动、LED和电源等产品上。

2024-11-17 - 产品代理服务技术支持采购服务

CRMICRO推出一系列可靠、高效的高压及低压MOSFET，满足智能手机和平板电脑等充电器的需求

为满足当下智能手机和平板电脑等充电器的需求，CRMICRO推出了一系列可靠、高效的高压及低压MOSFET。多种封装形式如DFN8*8、DFN5*6等可满足终端应用小尺寸外形的需求。

2024-07-12 - 器件选型代理服务技术支持采购服务

世晶半导体（SSGSEMI）是一家以自主研发半导体器件、集成电路、计算机软硬件设计开发与销售的高新技术企业，公司成立于2016年，产品包括保护器件、功率器件、电源管理器件、锂电池保护、环境光感应器等五条产品线，700多个产品型号。

ESD保护二极管 TVS瞬态电压抑制器 TSS晶闸管浪涌抑制器场效应管稳压二极管肖特基二极管晶闸管开关管三极管过压保护设备 DC-DC 转换器 USB 负载开关

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工业平板电脑该如何进行日常维护？

工业平板电脑主要应用于工业中，因为其使用环境的恶劣，所以保养需要更加的注意，以面对多变的工作环境。 1、每天擦拭灰尘：工业平板电脑要每天都进行清理，因为工厂环境和户外环境的灰尘非常之多，很多时候一天的灰尘量就远高于室内环境一个月的灰尘量了，所以灰尘要每天擦拭。 2、尽量使用干抹布：如果工业平板电脑没有设计纯平防水功能，对水是非常忌讳的，水很可能会渗入到机体内部，造成锈蚀和短路，对工业平板电脑造成不可逆的伤害。 3、使用玻璃清洁器清理油污和难清理的污渍：如若遇上仅适用干抹布无法进行清理，需要使用玻璃清洁剂进行清洁，注意不要产生明显的水滴，不要让清洁剂深入到机体内部，仅清理工业平板电脑表面就好。 4、正常开关机：强行断电关机会让运行中的硬盘突然失去电源，特别是正在进行读写操作的硬盘，多次强行断电会对工业平板电脑的硬盘造成非常大的伤害，且不可逆转。

2024-10-30 - 技术问答代理服务技术支持采购服务