随着电子产品功能日趋丰富、架构越发复杂，其电源系统的设计挑战也越来越大。为了给系统中各个组件提供精准、稳定的供电，确保其可靠地工作，开发者需要将来自总电源的电能转换为不同的电压轨，同时还要满足效率、体积和EMI等方面严苛的要求。所有这些努力，都需要不断发展的电源管理器件提供助力。
聚焦到应用极为广泛的DC-DC电压转换领域，常见的三种架构包括降压型、升压型和升压降压型转换，其中又以降压型转换的应用场景更为普遍，因此开发者在这方面日常面对的开发和选型课题也更多。
降压型转换的技术考量
众所周知，在降压型转换方面LDO和降压DC-DC转换器是两种主流的电源管理器件。 其中，LDO采用的是线性调节电压方式，即通过对输入电压进行降压处理，将电压降至所需的输出电压水平，其特点是架构简单（通常只包括基准参考电压源、误差放大器、分压取样电阻以及调整元件）、PCB占板面积小、纹波小、噪声低；不过，由于其采用的是功率耗散方式，即直接降低电压以形成所需的电压差，因此功耗较大、效率相对较低，主要适用于一些低压差、小电流（功率）、噪声敏感型的场景。 降压DC-DC转换器采用的是开关稳压器的架构，其原理是将输入电源的直流电压转换为一定频率的交流电压，然后经过变压器、电感器、滤波电容等组件的处理，转换为所需的直流输出电压水平。相较于LDO，这种通过高频开关来实现电力转换的方式，突出的优势是功耗较小，效率更高；同时，其还可以针对更多样的输入电压和负荷条件进行调节，支持更大的功率输出，满足更复杂的电路系统要求。 由此可见，面对当今日趋复杂的电子产品，特别是高输入电压、大电流和高性能的设计需求，降压DC-DC转换器肯定是不可或缺的存在。在复杂系统中，通常是将降压DC-DC作为主降压器件，后接LDO进行精细调节。 不过所谓“尺有所短、寸有所长”，降压DC-DC转换器也有一些“先天的短板”，比如：器件架构较复杂，需要外围元件，因此PCB面积较大，成本也较高；纹波较大，开关噪声大，电路设计较复杂。 这也就意味着，在做降压DC-DC转换器的选型和开发时，电源工程师需要全面地评估相关电源管理器件的性能，以便在系统设计时扬长避短，实现更优的解决方案。
表1：LDO和降压DC-DC转换器比较
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具体来讲，在进行降压DC-DC转换器选型时，除了要了解输入电压范围、输出电压/电流、效率、开关频率等核心参数外，针对一些特定的应用，还需要考量静态电流（Iq）、关断电流、散热、噪声等特性，以更好地满足设计所需。
输入电压范围
此参数明确了降压DC-DC转换器实际使用时输入电压的波动范围，较宽的输入电压意味着器件具有更广的应用场景、更强的适应性和更大的设计灵活性。
输出电压
通常包括固定输出电压和可调输出电压两种类型的器件，需要根据实际应用进行选择。同时，也需要关注输出电压精度，及其在不同工作温度、输入电压和负载电流条件下的变化。
输出电流
持续的输出电流能力是降压DC-DC转换器的一个重要参数，也决定了其支持的功率水平，设计时需要根据此参数保留一定的余量，以避免器件超负荷工作。
效率
这无疑是电源系统设计时极关键的指标之一。值得一提的是，效率的提升要同时关注轻载和重载两种情况——轻载效率会影响待机功率，重载效率会影响温升。降压DC-DC转换器通常会通过在轻载和重载时采用不同的电源转换工作模式，来实现全负载范围的高效率。
纹波噪声
DC-DC转换器的开关动作以及对电感电容充放电，会造成较大的EMI噪声和电源纹波。较大的纹波，会影响器件的转换效率和功耗，造成系统工作不稳定、发热量偏高，并会干扰高速、高精度数据采集等噪声敏感型应用。
开关频率
较高的开关频率有利于在外部电感、电容等元件选型时，使用体积更小的元件，以节省PCB面积。但开关频率的提高也可能会在功耗和噪声方面带来负面影响，需要仔细权衡。
负载调整率
该特性反映了电源负载的变化对电源输出电压的影响，好的电源管理解决方案负载变化引起的输出变化显然更小，输出也更稳定。
保护功能
降压DC-DC转换器内部集成过流保护、短路保护和热关断等保护功能，使其无需额外的外部保护电路，也可以保障器件的安全可靠工作。
封装和散热
既要封装尺寸小，又要散热性能好——能够兼顾这两项看似相互矛盾的设计需求的降压DC-DC转换器，自然具有更显著的优势。 显而易见，想要在降压DC-DC转换器选型时充分考量上述这些技术要素，并在系统设计时合理地决策、巧妙地权衡，十分考验硬件工程师的功力，也会耗费其不少的时间和精力。
NEX40400同步降压转换器
幸运的是，Nexperia通过不断的技术迭代和优化，将以往需要在系统设计层面面对的设计难题，在器件设计层面就解决了，从而开发出了综合性能表现十分出色的降压DC-DC转换器产品。 NEX40400同步降压转换器就是Nexperia新近推出的一款具有出众的高效率、超低Iq、宽输入等优异特性的产品。
图1：NEX40400同步降压转换器
（图源：Nexperia）
NEX40400具有4.5V至40V的宽输入电压范围，适用于工业和汽车行业中各种电源降压应用，如12V和24V轨的输入应用，其输出电压精度为1%，连续输出电流高达600mA。 通过采用PFM（脉冲频率调制）方式，NEX40400通过在轻载条件下降低开关频率，减少开关损耗，实现更高的效率——其在中低负载条件下的效率比同类产品高约8%。频率折返技术有助于防止启动时电感电流失控，并使转换器不论是在高转换比还是低压差情况下，都能够可靠运行。 超低的工作静态电流Iq是NEX40400另一大特色，其待机电流仅为60μA，关机电流更是低至0.3μA，这使其非常适合电池供电类应用。 NEX40400的固定开关频率为1.05MHz和2.1MHz，通过采用扩频技术有效降低了EMI，提升了其噪声特性。强制PWM（FPWM）选项还有助于降低器件的输出纹波。 NEX40400还提供一系列IC保护功能，如过流保护、短路保护和热关断，确保在严苛环境中实现高可靠性。 此外，在封装方面，NEX40400采用经济高效的6引脚SOT8061-1（TSOT23-6）表面贴装塑料封装，尺寸仅为2.9mm x 1.6mm，且具有良好的散热性能。
图2：NEX40400同步降压转换器功能框图
（图源：Nexperia）
综合上述这些特点，NEX40400非常适合工业配电系统、电网基础设施（如智能电子式电表），以及白色家电和电池供电消费电子产品。据悉，Nexperia还计划在2025年下半年发布符合AEC-Q100标准的NEX40400版本，将其应用版图扩展至车身电子和照明、车载信息娱乐系统、ADAS以及仪表盘、摄像头和显示器等汽车应用。
图3：NEX40400典型应用电路
（图源：Nexperia）
本文小结
作为应用极为广泛的电源管理器件，降压DC-DC转换器一直在通过技术进步，强化自身的优势，弥补性能短板，以满足日益多样化的应用所需。 Nexperia的NEX40400同步降压转换器，无疑就是其中一款综合了诸多先进技术的优秀解决方案，各个方面的性能表现都可圈可点，可谓是降压DC-DC转换器中的“六边形战士”，能够为电源系统的设计带来更大的灵活性！ 文章来源：贸泽电子