1 简介
对于手提式电子产品，如 MP4 播放器、数码相机、PDA 等普遍采用锂电池供电，这些数码产品的系统中所采用的核心处理芯片，如 MPU/DSP 等采用 3.3V/2.7V/1.2V 的工作电压。为保证系统稳定、可靠地工作，通常采用 DC-DC 开关变换器来提供工作电压。晶镁电子的 Buck IC EML3406B 就非常适合这些应用，因为它采用电流反馈、电压反馈双环控制，对输入电压变化响应快，抗干扰能力强，回路稳定性好，负载响应快，相对于 LDO 来说还具有更高的转换效率。本文主要介绍了 Buck IC 的工作原理、公式推导以及 EML3406B Buck IC 产品应用。
2 原理分析
DC-DC 变化器的基本工作原理，其电路原理图及其波形见图 1。
假设功率开关管 S1 导通时的电压降 VCE=Vsat，续流二极管 D 导通时的正向压降为 VD，储能电感 L 上的最小电流 ILmin=0，D1 为开关管 S1 导通时间占空比，D2 为开关管 S1 断开时间占空比，D1、D2 均小于 1，T 为周期。
当开关管 S1 导通时，电感电流 IL 如图所示方向流过电感线圈 L，电流线性增加，电能以磁场能量形式储存在电感线圈 L 中。此时，对电容 C 充电，负载 RL 上流过的电流为 IO，RL 两端的输出电压为 VO，极性上正下负。由于开关管 Sl 导通，续流二极管 D 阳极接 Vin 负极，续流二极管 D 承受反方向电压，呈现高阻态。
在开关管 S1 导通期间，电感电流增量为：
      (1)
当开关管 S1 断开时，由于电感线圈 L 中的磁场将改变电感线圈 L 两端的电压极性，以保持电感电流 IL 不变。这样电感线圈 L 中的磁能将转换成电压 VL（VL 极性左负右正），VL 将向电容 C 和负载 RL 供电。当 VL 高于 VO 时，电容 C 上有充电电流；当 VL 等于 VO 时，电容 C 上充电电流为零；当 VO 有降低趋势时，电容 C 向负载 RL 放电，维持 VO 不变。
在开关管 S1 断开期间，电感电流增量为：
         (2)
由于电感本身不消耗能量，因此稳态时电感电量在两个阶段的绝对值应该相等，即：
|ΔiL1|=|ΔiL2|                                 (3)
由 (1)、(2)、(3) 式可得：
                (4)
化简 (4) 式得：
                        (5)

假设理想情况下，续流二极管 D 的导通压降 VD≈0，功率开关管 S1 导通压降 Vsat≈0。
当该 buck 变换器工作在电感电流连续工作模式，则 Dl+D2=l，化简 (5) 式可得 buck 电路在电感电流连续工作模式下的电压增益 M 的一般表达式：
                         (6)
当该 buck 变换器工作在电感电流不连续工作模式，则 Dl+D2≠1，化简 (5) 式可得 buck 电路在电感电流不连续工作模式下的电压增益 M 的一般表达式：
                              (7)
当电感较小或负载电阻较大或周期 T 较大时，buck 变化器会工作在电感电流不连续工作模式，将造成整体功耗的增加和整体性能变差，因此应避免变换器工作在电感电流不连续工作模式。buck 变换器工作在电感电流连续工作模式和不连续工作模式之间有个临界状态，由图 1 所示 IL 图形可知其发生条件为：
连续工作模式：                                           (8)
临界工作模式：                                           (9)
不连续工作模式：                                     (10)
由式 (2) 和 (9) 可得临界工作模式时的电感为 LC，定义为临界电感：
                            (11)
当 buck 电路工作在电感电流连续工作模式下，考虑滤波电容 C 有内部寄生电阻 ESR，考虑续流二极管 D 的纹波电流 iD1 会全部流进滤波电容器 C，以保证负载上得到平直的直流电流。流经电容的电流 ic 是（iL-Io），ic 对电容充电产生的电压 ΔVo 称为纹波电压。
 (12)
此时就可以确定出电容器所需的等效串联电阻 ESR 为：
                              (13)
在开关管 S1 导通时，续流二极管 D 是处于方向截止状态，因此续流二极管 D 的反向最大耐压 VDmax 为：
                             (14)
3 Buck IC 应用分析
台湾晶镁电子股份有限公司的 Buck ic 主要有 EML3406B、EML3412、EML3416、EML3417 以及 EML9366，能提供的负载电流最大为 1.5A，下面主要介绍 EML3406 的相关特性及其应用。
EML3406B 是为了适用于便携式设备而设计的高效率降压 DC-DC 变换器。它的特点是在没有负载的情况下具有极低的静态电流，这样可以延长在待机模式下的电池使用寿命。EML3406B 的输入电压范围为 2.5～5.5V，最大负载电流为 600mA；1.5MHz 的高开关频率能够使用面积更小的表面贴片电感和电容，这样可以有效地减小整个 PCB 的面积；采用内置的同步整流开关管，可以不必再使用外部的肖特基二极管，而且还能达到提高效率的目的，效率高达 95％。EML3406B 是基于 PWM 脉冲宽度调制方式，这样能够得到低的输出电压纹波和固定的噪声频谱，还能工作于具有 100％ 占空比的 LDO 模式。EML3406B 具有很低的基准电压，这样能够得到 0.6V 稳定的输出电压。
EML3406B 广泛应用于各种便携式设备，包括数码相机、MP4、手机等等，为其主控 IC 提供稳定的电源。比如说福州瑞星微（rockchip）的 26 系列以及最新的 27 系列，EML3406B 已经广泛的应用其中为其主控 IC 提供性能优异的电源。其中 26 系列需要 1.8V 的电压、27 系列需要 1.2V 的电压。Rockchip 的 27 系列的主控 IC 需要 1.2V 的稳定电源，对该 1.2V 电源的纹波要求非常严格，晶镁电子的 EML3406B 完全符合 rockchip 的 27 系列主控的要求，已经通过测试并已在 rockchip27 系列中广泛使用，图 2、图 3 和图 4 是 EML3406 的输出电压纹波的测试数据。
对于采用锂离子电池供电的系统来说，如果需要一个 3.3V 稳定的电源，当锂电池电压降低到接近 3.3V 时，有些 Buck IC 已经不能正常工作或者输出电压纹波会很大，从而不能给主控 IC 提供一个稳定的 3.3V 电压，造成系统的失控。但是 EML3406B 却完全能够胜任这种条件的应用要求。设定 EML3406B 的输出电压为 3.3V，锂离子电池作为 EML3406B 的输入电压。
当锂离子电池不断放电，电池电压不断降低到3.3V时，EML3406B 进入了 LDO 模式，此时 EML3406B 就会从 PWM 模式自动转换为 LDO 模式，转折点附近的稳定性对于整机来说极其关键，EML3406B 具有优异的转折点特性，具体曲线如图6所示。
从图 6 可以直观的看到，当输入电压接近输出电压也就是 EML3406B 从 PWM 模式转换为 LDO 模式时，输出电压的纹波曲线很平滑，没有任何的毛刺，同时输出电压纹波也会变小，能给系统的主控 IC 提供一个稳定的电源，因此能够为整机提供优异的稳定性。