升降压原理浅析
作者：一灯
在消费类电子和家电市场等领域，为了实现更复杂的产品功能，需要多类型芯片、模组、最小系统等一起配合。然而，各模块工作电压会有差异，故就需要对电压进行转换，因此就衍生出升压和降压芯片，这类产品统称为dc-dc电源芯片。
升降压分类
01开关型
通常有升压、降压、降压-升压等拓扑结构。
在每一个开关周期内，交替地将能量从电源传递到电感和电容，从而通过储能元件（电感）将输入能量传递到输出端。
02线性稳压型 即ldo，只用在降压转换结构中。
内部功率管工作在线性区，通过线性调整内部功率管，确保输出电压vout为参考电压vref达到某个预置的比例值。
03电荷泵
常用于倍压电路中，有正压和负压转换。
在电能转换的过程中，仅使用了电容器件。
以艾为smart k音频pa aw873xx为例，其配备1.5倍/2倍charge-pump电荷泵升压模块，lcd bias aw3750x 负压的产生，也使用了电荷泵的电源模块。
工作原理
这里对常用的升降压和ldo做原理介绍。
01开关升压电路
为了解boost电路原理，我们以常规非同步升压为例，讲述boost电路的工作方式，下图为boost电路的基本架构（若把二极管换成mos管，则构成同步升压架构）：
1.当开关s1闭合时，vin给电感l1充电，见绿色充电路径，充电时间=占空比d*开关周期t。 根据电感的伏安特性关系，，其中是电感电流的变化量，是电感电流变化持续的时长。
是充电时电感电流的变化量 是电感充电时长
2.当开关s1断开时，电感中的能量会通过二极管给负载放电，见红色放电路径，与此同时，vin也会通过二极管给负载放电，两个电压叠加到vout实现升压，放电时间： =（1-占空比d）*开关周期t
是放电时电感电流的变化量
是电感放电时长
3.一个开关周期内，充电和放电的电流变化相同，系统才能稳定
结合1和2，得公式：
由于dvin，实现升压。
升压过程本质是电感能量传递的过程，开关s1重复进行通断操作，会使得输出端既可以得到一个高电压，又可以保持一个持续的稳定电流。
02开关降压电路 降压电路也称buck电路，常规的非同步buck电路由电感、二极管、开关、电容组成，对于非同步buck电路，也可以理解为电路有一个开关，通过不断开启和关闭，由二极管对电感续流放电，如下图：
1.当开关s1闭合时，vin给电感l1充电，见绿色充电路径，电感电流不断增加，加在电感两端的电压是，和升压是相同的计算方法，：
是充电时电感电流的变化量 是电感充电时长 2.当开关s1断开时，由于电感上的电流不能发生突变，此时反向的二极管派上用场，为电感的放电提供了路径，见红色放电路径，这里二极管也称续流二极管，放电时长：
电感放电能量为：
是放电时电感电流的变化量
是电感放电时长
3.buck同boost一样，工作本质都是对电感的充放电过程，buck稳定之后，电感的充放电电流是相等的。
结合1和2，得公式：
由于d<1，得vout 03ldo
通常ldo内部由pmos管组成，由于先天条件的不足，输入电流和输出电流是相等的，ldo输入和输出会产生的压差，这部分压差和电流会产生一定的功耗：
这部分功耗都会体现在ldo发热上，故ldo效率都比较低，过电流能力也相对较小。
当然也有nmos管架构的ldo，以适用较大电流低压差的应用场景。下面着重对pmos管架构ldo的工作原理进行简单介绍。
ldo主要由功率mos管、运放、基准电压和反馈电阻组成。
主要工作流程是vout电压通过分压电阻分压，分得的电压和基准电压vref进行比较，通过运放比较后，输出的电压来控制pmos栅极，增加pmos输出电流，从而提升vout输出，见如下红色路径：
那么，ldo是如何稳定输出电压的呢？当ldo负载变化时，vout会随之降低，两个电阻r1、r2分压的电压也会降低，和运放比较后，运放的输出电压也随之下降，从而pmos管栅极电压vg降低，由于vin不变，vgs电压会增加，从而提高pmos的输出能力，输出电流的增加，就会让vout再度上升，从而使vout一直保持平稳的输出。
优劣势
上面讲述了开关电路（boost电路、buck电路）和线性稳压器ldo的基本工作原理，但是什么时候用开关电源，什么时候用线性电源呢？这就要从工程师所关注的性能指标来综合决定了：输出电流、温升情况、开关噪声、外围器件、效率、价格等。
为了覆盖不同的客户需要，艾为推出了一系列具备不同性能指标的升降压产品，包括boost、buck及ldo芯片，适用于手机、平板、穿戴电子设备、各类nb-iot等应用。无论是客户关注的电流、占板面积还是温升、外围元件等特性，艾为的产品总有一款可以符合客户需求。
艾为升降压产品及应用场景
01boost
boost多用在电池供电的低压产品中，如手机/平板的usb otg、穿戴产品监测模块供电等。
在艾为digital smart k、smart k、高压马达驱动等产品中，也都能看到电感升压和charge pump升压产品的身影。
艾为boost主推型号
以艾为明星boost产品aw36099系列为例，其是一款静态电流仅为1ua的高效率超低功耗同步升压转换器。适用于一切采用碱性电池、镍氢电池、锂锰电池、锂亚电池及其它可充电锂离子电池供电的电子设备，特别是对电池使用时间及寿命有较高要求的便携及可穿戴电子设备、各类nb-iot应用等。 aw36099系列有csp和dfn两种封装形式，有可调输出版本，同时也有2.5v、3.0v、3.3v、3.6v、4.5v、5.0v固定电压输出版本，方便工程师灵活选择，典型应用电路如下：
02buck
为适配更完善的降压方案，艾为buck产品有常规2a/3a输出电流的降压芯片，同时也配备了专给射频pa供电的apt buck，其工作电压低、输出电流高成为一大亮点。
艾为buck主推型号
针对nb-lot系统方案，艾为有专为射频pa供电的apt buck。射频系统正常工作时，bb根据rf pa的发射功率配置它的供电电压，rf pa的发射功率强时，供电电压高，rf pa的发射功率弱时，供电电压低。 aw37416/37426根据bb给出的控制信号实时调整输出电压，实现apt功率追踪，动态调整pa供电电压，降低不必要的功率损耗，最终实现系统效率最佳化，可参考如下基本应用框图：
为了更加契合产品应用，艾为即将推出apt buck-boost产品，该新品采用charge pump+buck的架构实现自动升降压功能，拥有95%的超高效率，mipi2.0接口加持，并支持ovp、 otp、ocp等输入输出保护，支持同时为后级2个pa供电，更加拓展了buck-boost产品的适用性，敬请期待！
03ldo
在常规电子类产品中，低电压小电流的系统日益增多，ldo在电子系统中随处可见。
艾为ldo主推型号
艾为ldo产品系列非常丰富，覆盖从300ma到1200ma输出电流的应用。300ma和500ma输出电流档位的ldo有sot23-5l的常规封装，同时也有dfn1x1的超小封装，节省pcb摆件面积；大电流1a输出的ldo以及转给camera供电的4通道pmic，拓展了ldo的应用场景。
艾为aw37030和aw37050系列具备高psrr（90db）和低noise（33uv）的特性，为常规camera供电带来了福音，多样化的输出电压（1.1v-3.3v）也是其一大亮点。
主打超低功耗的aw37103系列为纠结功耗工程师们带来了答案，超低的静态功耗（2ua）是其最大的亮点，兼备了固定输出电压版本（0.8v-3.3v）和可调输出版本。
aw3707/aw3710系列，主打大电流输出，同时具备可调输出和固定输出版本，其独特的封装在芯片散热上具有明显的优势。
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升降压分类
01开关型
通常有升压、降压、降压-升压等拓扑结构。
在每一个开关周期内，交替地将能量从电源传递到电感和电容，从而通过储能元件（电感）将输入能量传递到输出端。
02线性稳压型 即ldo，只用在降压转换结构中。
内部功率管工作在线性区，通过线性调整内部功率管，确保输出电压vout为参考电压vref达到某个预置的比例值。
03电荷泵
常用于倍压电路中，有正压和负压转换。
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工作原理
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1.当开关s1闭合时，vin给电感l1充电，见绿色充电路径，电感电流不断增加，加在电感两端的电压是，和升压是相同的计算方法，：
是充电时电感电流的变化量 是电感充电时长 2.当开关s1断开时，由于电感上的电流不能发生突变，此时反向的二极管派上用场，为电感的放电提供了路径，见红色放电路径，这里二极管也称续流二极管，放电时长：
电感放电能量为：
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3.buck同boost一样，工作本质都是对电感的充放电过程，buck稳定之后，电感的充放电电流是相等的。
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通常ldo内部由pmos管组成，由于先天条件的不足，输入电流和输出电流是相等的，ldo输入和输出会产生的压差，这部分压差和电流会产生一定的功耗：
这部分功耗都会体现在ldo发热上，故ldo效率都比较低，过电流能力也相对较小。
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为了覆盖不同的客户需要，艾为推出了一系列具备不同性能指标的升降压产品，包括boost、buck及ldo芯片，适用于手机、平板、穿戴电子设备、各类nb-iot等应用。无论是客户关注的电流、占板面积还是温升、外围元件等特性，艾为的产品总有一款可以符合客户需求。
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01boost
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03ldo
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