DC-DC轉換器原理及應用

　當您電池的最后一焦耳電能被耗盡時，功耗和效率就將真正呈現(xiàn)出新含義。以一款典型的手機為例，即使沒有用手機打電話，LCD屏幕亮起、顯示時間及正在使用的網(wǎng)絡運營商等任務也會消耗電力。如果它是一款更高級的手機，還可以播放您喜愛的MP3音樂或瀏覽視頻數(shù)據(jù)。不過，每為手機增加一種功能，實際上也增加了電池的負擔。對于大多數(shù)手機設計者來說，能否延長可用電力的使用時間是您的手機在下次充電前能夠持續(xù)多久的關鍵。這意味著電力需要在各種功能模塊間小心謹慎地保護和預算，以最大限度地延長電池壽命和使用。
　　要實現(xiàn)真正的效率，并不僅僅意味著DC-DC轉換器在負載指定的某個操作點可以獲得多高的效率，而是在DC-DC轉換器整個載荷范圍內這種高效率能夠維持多久。一般來說，大部分DC-DC轉換器都指定可以達到的最大效率數(shù)字，而且人們也通過選擇一個非常大的數(shù)字（如95%），毫不猶豫地選擇一個合適的轉換器。然而，要真正地充分利用這個效率，還需要把轉換器的曲柄轉到可以實現(xiàn)最大功率轉換的操作點上。如果未轉到這個點，就不能達到95%的效率。而且因為這個問題，根據(jù)所應用的載荷，有時甚至達不到60%的效率。

　　圖1 典型效率曲線
　　圖1顯示在A點可達到95%的效率，在B點卻只能達到60%甚至更低的效率。對于便攜式消費產(chǎn)品，操作點或負載標尺上的這種差異將非常重要，因為大部分這些電子器件都有多種功能（如播放音樂、拍照或撥打電話），每種功能都要求一個不同的操作點或不同的DC-DC調節(jié)器有效負載。對于那些用戶未調用的功能，DC-DC源的功率負載會非常輕，95%的效率將會銳減為50%甚至更低，因為是在圖1中的B點。
　　以智能手機為例，在智能手機中，為AP（應用處理器）IO或核心電壓供電的DC-DC轉換器將在多長時間內把電池內的電力耗盡，這點非常重要。假設您的手機電池在正常使用時（即主要是撥打語音電話）可持續(xù)供電最多2～3天。在這段時間（48～72小時），通常只有一小部分電力用于娛樂活動，如照片的拍攝和瀏覽或者MP3音樂的播放。它意味著在剩余時間，手機不需要AP完成太多任務；可能只是在AP處于待機或休眠模式中用來刷新DDR存儲器。因此，如果AP經(jīng)常處于這些模式中，它帶給轉換器的負載將在標尺的輕負載一端，即B點。這表示，AP調節(jié)器的功率將永遠以50%甚至更低的功效運行，使它成為電池的一個最大消耗源。可見，僅選擇一個具有高效率規(guī)范的DC-DC調節(jié)器是不夠的。還需要確保調節(jié)器在整個負載范圍內都能提供高效率，尤其在輕負載和滿負載時。

　　圖2 提高輕載荷時的效率
　　針對這一問題，需要創(chuàng)新的解決方案。以飛思卡爾推出的一種全新的DC-DC降壓轉換器為例，它可在輕負載時提供高效率。MC34726/7系列是同步降壓轉換器，可以提供高達300mA或600mA的電流，同時實現(xiàn)90%的高效率。轉換器的效率如圖2所示，它可以在整個負載范圍維持高效率，在接近最高負載時達到頂峰。對于輕負載（B點），效率也能維持在80%以上。該器件利用專用的可調節(jié)Z因子模式（Z-Mode）切換架構，實現(xiàn)了PWM和PFM間平穩(wěn)的轉換，而不會犧牲瞬態(tài)響應、偏壓電流或效率。因此，Z-Mode架構極大地提高了負載電流轉換期間的性能，在提供更好的瞬態(tài)響應的同時，仍在“休眠”Z-Mode中維持輕負載65μA的低偏壓電流。

　　圖3 典型應用圖
　　該器件接受2.7～5.5V的輸入電壓范圍，并能夠在300mA/600mA的持續(xù)負載電流中提供0.8～3.3V的輸出電壓。此外，其2MHz或4MHz的高交換頻率也使得它非常適合空間受限的便攜式器件，如手機、PDA、DSC、PND、GPS、PMP和其他便攜式儀器。圖3顯示的是該器件的一個典型應用。