众所周知，设备能够正常启动的首要前提就是需要有一个合适、稳定、可靠的电源供电。除核心板外，底板上也需要电源为器件以及连接的外围设备进行供电，例如：外接的 U 盘，摄像头等。底板上的器件种类较多,所需要的供电电压也不同，常用的供电电压有：12V、5V、3.3V、1.5V 等，在我们的最小系统板上主要用到了 5V 和 3.3V 电源供电（ DC/DC 芯片MP2147GD 转换得来）。在嵌入式领域常用的电压变换方式一般有 LDO 和 DC/DC 两种方式。在嵌入式领域 DC/DC 通常包括 buck（降压），boost（升压），buck-boost（升降压）三种架构。DCDC根据需求可采用三类控制。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波。PFM控制型在小负载时具有耗电小的优点。PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。今天我们就给大家介绍一下DCDC和LDO具体的工作原理（关于他们的优缺点大家可以在接下来的文章中详细体会到）。

在开始讲解之前，还是先给大家再次简单的介绍一个名词：占空比。占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例。对于PWM信号，占空比就是高电平时间与总周期时间的比值。名词介绍完了，我们开始学习今天的主要内容。

DCDC-BUCK型电路

  如图一所示，这是一个DCDC-BUCK型电路的典型电路原理，其中包括的器件有输入电容Cin、开关MOS管Q1、二极管D1、电感L1、输出电容Cout以及负载R1。

图一DCDC-BUCK型电路

首先我们知道这些器件分别有以下特性：

1. 电容有阻碍电压突变的特性，所以可以储存和释放电能，且极性不变；

2. 开关MOS管可以等效为开关，可以断开和导通连接；

3. 二极管具有单项导通特性；

4. 电感有阻碍电流突变的特性，因此也可以储存电能，但充放电时极性相反。

那接下来我们一起来分析一下这套电路是如何实现电压转换功能的：当开关管Q1导通时，电流经Q1，L1，R1形成回路，此过程中会给电感和输出电容Cout充电，并且D1是不导通的；当开关管Q1断开时，由于电感有阻碍电流突变的特性，电流经过R1、D1形成回路，此过程电容和电感会为负载进行供电；如此循环往复，Vout会输出一个稳定电压。

为了控制输出电压值，需要对输出电压进行采样，当输出高于所需电压时开关管断开，反之开关管导通。因此我们可以看出，控制输出电压值的其实是开关管的开关时间，即控制信号的占空比而非开关频率。这点需要我们注意。

同步BUCK与异步BUCK电路

图二 同步BUCK与异步BUCK电路

  如图二所示，两张原理均为DCDC-BUCK型电路原理，其区别只是将原有的二极管D1改为了另一个开关管Q2，但我们可以发现Q1和Q2是不可以同时导通的，这样我们也不难发现下图的原理和上图是一样的，但是由于我们将二极管改为了开关管，因此我们不难发现，下图中的电路，功耗更小一些。

  我们把这个电路称为同步的DCDC电路，由续流二极管构成的电感放电回路称为异步DCDC。

而两个电路区别在于异步DCDC制作难度低，但同步DCDC的效率更高。

DCDC:BOOST 升压

图三 BOOST升压电路

  如图三，为DCDC-BOOST型电路的典型电路原理，其中包括的器件有输入电容Cin、电感L1、开关MOS管Q1、二极管D1、输出电容Cout以及负载R1。上面我们已经对这些器件特性做了介绍，这里就不在重复了。

那接下来我们还是一起来分析一下这套电路是如何实现电压转换功能的：

当开关管Q1导通时，电流经L1，Q1形成回路，此过程中会给电感充电，并且由于开关管的导通，D1是是被短路的；当开关管Q1断开时，回路消失，二极管D1导通，电流经过负载R1形成新的回路，此过程电源和电感会为负载进行供电，同时给输出电容Cout充电；由此可以看出，由于电感存储的电能是与电源进行了串联，所以实现了电压的升压。如此循环往复，Vout会输出一个稳定电压。

同样的，为了控制输出电压值，需要对输出电压进行采样，通过采样电压来控制MOS管的通断，来保证输出电源的稳定。当然，控制电压的依然是控制信号的占空比而非频率。

图四 同步BOOST与异步BOOST电路

  相同的，BOOST电路也存在同步和异步的差异，因为优缺点和之前的BUCK电路相同，这里就不再赘述。

DCDC:BUCK-BOOST

图五 DCDC:BUCK-BOOST

图六 DCDC:BUCK-BOOST

  将图五原理等效为图六原理，将Q4设置为常闭，Q3设置为常开，就成了上面的原理图，我们可以发现这个就是典型的同步BUCK电路；那么同理，我们将Q1设置为常闭，Q2设置为常开，不难看出这就是一个典型的BOOST电路。所以知道了基本原理，我们是可以把复杂的问题简单化的。

到此，DCDC的三种工作电路想必大家都有了一定的了解了。

接下来我们来看一下另一种直流电源的转换电路LDO。

LDO

图七 LDO电路

  LDO，即低压差线性稳压器，为了方便大家理解，我们可以暂时把LDO简单的理解为电阻分压。由于是电阻分压实现的电压转换，那一些缺点也就显而易见了。比如LDO是不可以用在升压电路的，同时原理等同于电阻分压，当电流越大时，电阻R1上所消耗的功耗也会越大，而这一部分消耗，是我们完全用不到的。因此，LDO普遍的功率都不高。

总结

  我们所说的 LDO(low dropout regulator)是“低压差线性稳压器”的简称，低压差是指输入电压和输出电压之间的压差较低。在 LDO 内部通过 Pmos、误差放大器、电压基准源、保护电路等结构组成实现线性稳压功能。所以结合文章上述内容的讲解，LDO 的特点也就很明显了，LDO效率低，但纹波小，成本低。

DC/DC 是直流-直流电压变换器，用于电源电路中的电压变换。DCDC 转换器的工作原理是通过开关管的开关动作，周期性地将输入电能传输到能量存储元件中，然后再从能量存储元件中释放输出电能。通过调整开关管的导通和截止时间，可以控制直流电能在能量存储元件中的流动和输出电压的大小。DC/DC 的优点是效率高，电压范围宽，可以做到较大跨度的电压变换。但是DC/DC 的输出纹波较大而且成本较高。

了解了它们的工作原理和优缺点后，相信大家在今后的学习和器件选型中将会更加的清晰明了，好的，最终期待大家在学习的过程中都能收获满满！

  众所周知，设备能够正常启动的首要前提就是需要有一个合适、稳定、可靠的电源供电。除核心板外，底板上也需要电源为器件以及连接的外围设备进行供电，例如：外接的 U 盘，摄像头等。底板上的器件种类较多,所需要的供电电压也不同，常用的供电电压有：12V、5V、3.3V、1.5V 等，在我们的最小系统板上主要用到了 5V 和 3.3V 电源供电（ DC/DC 芯片MP2147GD 转换得来）。在嵌入式领域常用的电压变换方式一般有 LDO 和 DC/DC 两种方式。在嵌入式领域 DC/DC 通常包括 buck（降压），boost（升压），buck-boost（升降压）三种架构。DCDC根据需求可采用三类控制。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波。PFM控制型在小负载时具有耗电小的优点。PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。今天我们就给大家介绍一下DCDC和LDO具体的工作原理（关于他们的优缺点大家可以在接下来的文章中详细体会到）。

在开始讲解之前，还是先给大家再次简单的介绍一个名词：占空比。占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例。对于PWM信号，占空比就是高电平时间与总周期时间的比值。名词介绍完了，我们开始学习今天的主要内容。

DCDC-BUCK型电路

  如图一所示，这是一个DCDC-BUCK型电路的典型电路原理，其中包括的器件有输入电容Cin、开关MOS管Q1、二极管D1、电感L1、输出电容Cout以及负载R1。

图一DCDC-BUCK型电路

首先我们知道这些器件分别有以下特性：

1. 电容有阻碍电压突变的特性，所以可以储存和释放电能，且极性不变；

2. 开关MOS管可以等效为开关，可以断开和导通连接；

3. 二极管具有单项导通特性；

4. 电感有阻碍电流突变的特性，因此也可以储存电能，但充放电时极性相反。

那接下来我们一起来分析一下这套电路是如何实现电压转换功能的：当开关管Q1导通时，电流经Q1，L1，R1形成回路，此过程中会给电感和输出电容Cout充电，并且D1是不导通的；当开关管Q1断开时，由于电感有阻碍电流突变的特性，电流经过R1、D1形成回路，此过程电容和电感会为负载进行供电；如此循环往复，Vout会输出一个稳定电压。

为了控制输出电压值，需要对输出电压进行采样，当输出高于所需电压时开关管断开，反之开关管导通。因此我们可以看出，控制输出电压值的其实是开关管的开关时间，即控制信号的占空比而非开关频率。这点需要我们注意。

同步BUCK与异步BUCK电路

图二 同步BUCK与异步BUCK电路

  如图二所示，两张原理均为DCDC-BUCK型电路原理，其区别只是将原有的二极管D1改为了另一个开关管Q2，但我们可以发现Q1和Q2是不可以同时导通的，这样我们也不难发现下图的原理和上图是一样的，但是由于我们将二极管改为了开关管，因此我们不难发现，下图中的电路，功耗更小一些。

  我们把这个电路称为同步的DCDC电路，由续流二极管构成的电感放电回路称为异步DCDC。

而两个电路区别在于异步DCDC制作难度低，但同步DCDC的效率更高。

DCDC:BOOST 升压

图三 BOOST升压电路

  如图三，为DCDC-BOOST型电路的典型电路原理，其中包括的器件有输入电容Cin、电感L1、开关MOS管Q1、二极管D1、输出电容Cout以及负载R1。上面我们已经对这些器件特性做了介绍，这里就不在重复了。

那接下来我们还是一起来分析一下这套电路是如何实现电压转换功能的：

当开关管Q1导通时，电流经L1，Q1形成回路，此过程中会给电感充电，并且由于开关管的导通，D1是是被短路的；当开关管Q1断开时，回路消失，二极管D1导通，电流经过负载R1形成新的回路，此过程电源和电感会为负载进行供电，同时给输出电容Cout充电；由此可以看出，由于电感存储的电能是与电源进行了串联，所以实现了电压的升压。如此循环往复，Vout会输出一个稳定电压。

同样的，为了控制输出电压值，需要对输出电压进行采样，通过采样电压来控制MOS管的通断，来保证输出电源的稳定。当然，控制电压的依然是控制信号的占空比而非频率。

图四 同步BOOST与异步BOOST电路

  相同的，BOOST电路也存在同步和异步的差异，因为优缺点和之前的BUCK电路相同，这里就不再赘述。

DCDC:BUCK-BOOST

图五 DCDC:BUCK-BOOST

图六 DCDC:BUCK-BOOST

  将图五原理等效为图六原理，将Q4设置为常闭，Q3设置为常开，就成了上面的原理图，我们可以发现这个就是典型的同步BUCK电路；那么同理，我们将Q1设置为常闭，Q2设置为常开，不难看出这就是一个典型的BOOST电路。所以知道了基本原理，我们是可以把复杂的问题简单化的。

到此，DCDC的三种工作电路想必大家都有了一定的了解了。

接下来我们来看一下另一种直流电源的转换电路LDO。

LDO

图七 LDO电路

  LDO，即低压差线性稳压器，为了方便大家理解，我们可以暂时把LDO简单的理解为电阻分压。由于是电阻分压实现的电压转换，那一些缺点也就显而易见了。比如LDO是不可以用在升压电路的，同时原理等同于电阻分压，当电流越大时，电阻R1上所消耗的功耗也会越大，而这一部分消耗，是我们完全用不到的。因此，LDO普遍的功率都不高。

总结

  我们所说的 LDO(low dropout regulator)是“低压差线性稳压器”的简称，低压差是指输入电压和输出电压之间的压差较低。在 LDO 内部通过 Pmos、误差放大器、电压基准源、保护电路等结构组成实现线性稳压功能。所以结合文章上述内容的讲解，LDO 的特点也就很明显了，LDO效率低，但纹波小，成本低。

DC/DC 是直流-直流电压变换器，用于电源电路中的电压变换。DCDC 转换器的工作原理是通过开关管的开关动作，周期性地将输入电能传输到能量存储元件中，然后再从能量存储元件中释放输出电能。通过调整开关管的导通和截止时间，可以控制直流电能在能量存储元件中的流动和输出电压的大小。DC/DC 的优点是效率高，电压范围宽，可以做到较大跨度的电压变换。但是DC/DC 的输出纹波较大而且成本较高。

了解了它们的工作原理和优缺点后，相信大家在今后的学习和器件选型中将会更加的清晰明了，好的，最终期待大家在学习的过程中都能收获满满！