同步降压转换器的设计方案

　　设计降压转换器并不是件轻松的工作。许多使用者都希望转换器是一个盒子，一端输入一个直流电压，另一端输出另一个直流电压。这个盒子可以有很多形式，可以是降阶来产生一个更低的电压，或是升压来产生一个更高的电压。还有很多特殊的选项，如升降压、反激和单端初级电感转换器(SEPIC)，这是一种能让输出电压大于、小于或等于输入电压的DC-DC转换器。如果一个系统采用交流电工作，第一个AC-DC模块应当产生系统所需的最高的直流电压。因此，使用最广的器电感器生产件是降压转换器。

　　使用开关稳压器的降压转换器具有所有转换器当中最高的效率。高效率意味着转换过程中的能量损耗更少，而且能简化热管理。

　　图1显示了一种降压开关稳压器的基本原理电感厂家，即同步降压转换器。“同步降压”指的是MOSFET用作低边开关。相对应的，标准降压稳压器要使用一个电感器和电容器肖特基二极管做为低边开关。与标准降压稳压器相比，同步降压稳压器的主要好处是效率更高，因为MOSFET的电压降比二极管的电压降要低。低边和高边MOSFET的定时信息是由脉宽调制(PWM)控制器提供的。控制器的输入是来自输出端反馈回来的电压。这个闭环控制使降压转换器能够根据负载的变化调节输出。PWM模块的输出是一个用来升高或降低开关频率的数字信号。该信号驱动一对MOSFET。信号的占空比决定了输入直接连到输出的导通时间的百分比。因此，输出电压是输入电压和占空比的乘积。

　　

　　选择IC

　　上面提到的控制环路使降压转换器能够保持一个稳定的输出电压。这种环路有几种实现方法。最简单的转换器使用的是电压反馈或电流反馈。这些转换器很耐用，控制方式很直接，而且性价比很好。由于降压转换器开始用于各种应用中，这种转换器的一些弱点也开始暴露出来。以图形卡的供电电路为例。当视频内容变化时，降压转换器上的负载也会变化。供电系统能应付各种负载变化，但在轻负载条件下，转换效率降得很快。如果用户关心的是效率，就需要有更好的降压转换器方案。

模压电感器

　　一种改进方法是所谓的磁滞控制，Intersil的ISL62871就是采用这种控制方法的器件。转换效率与负载的曲线如图2所示。这些转换器是针对最差工作条件设计的，因此轻负载不是持续的工作条件。这些DC-DC转换器对负载波动变化的适应性更好，并且不会严重影响系统效率。

　　

　　图2，Intersil ISL62871的负载与效率曲线，Vout=1.1V

　　选择开关频率

　　尽管器件的开关频率有时是固定的，还是有必要讨论开关频率的问题，主要的权衡因素是效率。简而言之，MOSFET有确定的导通和关断时间。当频率增加时，过渡时间在总时间中所占的百分比会增加。结果是：效率降低了。如果效率是最重要的设计目标，就需要考虑降低开关频率。如果系统效率足够高，就可以采用更高的开关频率。频率更高，就可以使用更小的外部无源器件，即输出电感器和电容器。

　　外部器件

　　设计分立解决方案是相当有难度的，大约需要40个器件，这是个需要额外付出大量努力的复杂工作。在设计电压模式降压控制器时，外部器件和其寄生效应对系统性能起了很大的决定作用。在讨论每种器件时，我们再详加叙述。

　　采用这种特殊降压转换器时，我们必须选择5个额外器件，包括输入电容、输出电容、输出电感器，高边和低边MOSFET。选择输出电感器时，要满足输出纹波的要求，以及减小PWM对瞬态负载的响应时间。电感器感值的下限是由纹波要求确定的。在寻找最小(可能也是最便宜的)电感器之前，要记住的一点是，电感器并不是完美的器件。实际的电感器有饱和等级。饱和级别必须高于系统中的峰值电流，才能设计出成功的产品。有经验的设计者还明白，感值并不是不随电流变化的常量。事实上，流过器件的电流越大，感值会降低的。请核实电感器的数据表，确保你所选择的感值对系统中的峰值电流是足够的。在更大层面上可能犯的错误是选择最好的电感，虽然小心谨慎还是必要的。更大的感值可以减少输出纹波，但也会限制压摆率。最终，大电感会限制对负载瞬态的响应时间。因此在选择电感器时，是选择在更低的峰峰值纹波电流条件下更安静的输出，还是需要系统能够对瞬态事件做出快速的响应，是需要做出明确的折中。

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