空间决定了 DC-DC 转换器的不同设计

Würth Elektronik 的 Timur Uludag 建议，有限的空间需要在设计时考虑到热性能的 DC-DC 转换器。具有多种电子应用和轨道电压的典型工业环境的一个示例是仓库。

工业仓库可以容纳带有许多传感器、执行器和控制单元的复杂输送系统。这些应用中的每一个在电源电压、电流和安装量方面都有自己的要求。例如，带有微控制器单元和图像传感器的监控摄像机需要 3.3V 的电压和安培范围内的电流。摄像机安装在不同的位置，这些位置通常不直接连接到直流母线并且安装空间非常有限。工业级电感传感器通常直接连接到直流总线。

下一步是评估 DC-DC 电源模块开关行为的基础知识，以应对设计挑战。

切换行为

电池供电的设备并不总是在满载条件下运行。例如，测量应用程序显示测量期间的电流需求较高，而测量实例之间的电流需求较低。这两种负载情况很常见。在轻负载下，应用程序在空闲或待机模式下工作，从而降低能耗。在重负载下，应用程序在标称条件下工作，这会导致标称能耗。电源管理系统必须足够灵活，才能在每种负载情况下提供最佳性能和效率。大多数工业电源都存在强制 PWM 模式。对于这种类型的应用来说，这是令人满意的，因为电源在其大部分工作寿命中都在重负载条件下工作。然而，诸如传感器之类的应用具有不同的负载情况。在这里，轻负载是主要的运行条件。因此，必须修改开关行为以在这种负载情况下以最佳方式执行。随着负载电流的降低，脉冲频率调制 (PFM) 模式可提供更高的效率值。这支持电池供电设备中电池的更长使用寿命。

在 PFM 模式下工作时，电感电流会突发开关。在每次突发期间，负载和输出电容器都被提供能量。在空闲时间（两次突发动作之间的时间）期间，高端和低端开关均关闭。这使得输出电容器自己提供负载电流。两个突发动作之间的能量消耗急剧下降，直到反馈系统触发下一个突发动作。反过来，由于开关损耗更少，PFM 模式下的效率明显高于传统 PWM 模式。空闲时间与负载电流成反比，即负载电流越大，突发动作之间的时间越短。当空闲时间接近零时，模块从 PFM 切换回 PWM 模式，在默认开关频率 4MHz 下返回恒定开关行为。PFM 模式下的峰值电感电流高于 PWM 模式下，允许在固定时间段内向负载提供相同数量的能量，同时降低转换器内产生的损耗。在突发模式的空闲时间内，与 PWM 模式相比，模块不会产生任何损耗。

如果输出电压高于某个值，则两个开关都保持关闭。输出电容器是负载的唯一电源，这意味着输出电压会随着时间的推移而降低。当输出电压下降到一定水平时，下一个突发周期开始。纹波的结果值取决于控制器 IC 内部设置的阈值。PFM 模式下的输出电压纹波可以通过简单地增加输出电容来降低。