同步降壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方案

　　設(shè)計(jì)降壓轉(zhuǎn)換器并不是件輕松的工作。許多使用者都希望轉(zhuǎn)換器是一個(gè)盒子，一端輸入一個(gè)直流電壓，另一端輸出另一個(gè)直流電壓。這個(gè)盒子可以有很多形式，可以是降階來產(chǎn)生一個(gè)更低的電壓，或是升壓來產(chǎn)生一個(gè)更高的電壓。還有很多特殊的選項(xiàng)，如升降壓、反激和單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)，這是一種能讓輸出電壓大于、小于或等于輸入電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器。如果一個(gè)系統(tǒng)采用交流電工作，第一個(gè)AC-DC模塊應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生系統(tǒng)所需的最高的直流電壓。因此，使用最廣的器件是降壓轉(zhuǎn)換器。

　　使用開關(guān)穩(wěn)壓器的降壓轉(zhuǎn)換器具有所有轉(zhuǎn)換器當(dāng)中最高的效率。高效率意味著轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗更少，而且能簡化熱管理。

　　圖1顯示了一種降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的基本原理，即同步降壓轉(zhuǎn)換器。“同步降壓”指的是MOSFET用作低邊開關(guān)。相對(duì)應(yīng)的，標(biāo)準(zhǔn)降壓穩(wěn)壓器要使用一個(gè)肖特基二極管做為低邊開關(guān)。與標(biāo)準(zhǔn)降壓穩(wěn)壓器相比，同步降壓穩(wěn)壓器的主要好處是效率更高，因?yàn)镸OSFET的電壓降比二極管的電壓降要低。低邊和高邊MOSFET的定時(shí)信息是由脈寬調(diào)制(PWM)控制器提供的。控制器的輸入是來自輸出端反饋回來的電壓。這個(gè)閉環(huán)控制使降壓轉(zhuǎn)換器能夠根據(jù)負(fù)載的變化調(diào)節(jié)輸出。PWM模塊的輸出是一個(gè)用來升高或降低開關(guān)頻率的數(shù)字信號(hào)。該信號(hào)驅(qū)動(dòng)一對(duì)MOSFET。信號(hào)的占空比決定了輸入直接連到輸出的導(dǎo)通時(shí)間的百分比。因此，輸出電壓是輸入電壓和占空比的乘積。

　　選擇IC

　　上面提到的控制環(huán)路使降壓轉(zhuǎn)換器能夠保持一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。這種環(huán)路有幾種實(shí)現(xiàn)方法。最簡單的轉(zhuǎn)換器使用的是電壓反饋或電流反饋。這些轉(zhuǎn)換器很耐用，控制方式很直接，而且性價(jià)比很好。由于降壓轉(zhuǎn)換器開始用于各種應(yīng)用中，這種轉(zhuǎn)換器的一些弱點(diǎn)也開始暴露出來。以圖形卡的供電電路為例。當(dāng)視頻內(nèi)容變化時(shí)，降壓轉(zhuǎn)換器上的負(fù)載也會(huì)變化。供電系統(tǒng)能應(yīng)付各種負(fù)載變化，但在輕負(fù)載條件下，轉(zhuǎn)換效率降得很快。如果用戶關(guān)心的是效率，就需要有更好的降壓轉(zhuǎn)換器方案。

　　一種改進(jìn)方法是所謂的磁滯控制，Intersil的ISL62871就是采用這種控制方法的器件。轉(zhuǎn)換效率與負(fù)載的曲線如圖2所示。這些轉(zhuǎn)換器是針對(duì)最差工作條件設(shè)計(jì)的，因此輕負(fù)載不是持續(xù)的工作條件。這些DC-DC轉(zhuǎn)換器對(duì)負(fù)載波動(dòng)變化的適應(yīng)性更好，并且不會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)效率。

　　圖2，Intersil ISL62871的負(fù)載與效率曲線，Vout=1.1V