設(shè)計降壓轉(zhuǎn)換器

　　設(shè)計降壓轉(zhuǎn)換器并不是件輕松的工作。許多使用者都希望轉(zhuǎn)換器是一個盒子，一端輸入一個直流電壓，另一端輸出另一個直流電壓。這個盒子可以有很多形式，可以是降階來產(chǎn)生一個更低的電壓，或是升壓來產(chǎn)生一個更高的電壓。還有很多特殊的選項，如升降壓、反激和單端初級電感轉(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。如果一個系統(tǒng)采用交流電工作，第一個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)。相對應(yīng)的，標(biāo)準(zhǔn)降壓穩(wěn)壓器要使用一個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，因為MOSFET的電壓降比二極管的電壓降要低。

　　圖1，同步降壓轉(zhuǎn)換器的基本原理

　　低邊和高邊MOSFET的定時信息是由脈寬調(diào)制(PWM)控制器提供的?？刂破鞯妮斎胧莵碜暂敵龆朔答伝貋淼碾妷?。這個閉環(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模塊的輸出是一個用來升高或降低開關(guān)頻率的數(shù)字信號。該信號驅(qū)動一對MOSFET。信號的占空比決定了輸入直接連到輸出的導(dǎo)通時間的百分比。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)換器能夠保持一個穩(wěn)定的輸出電壓。這種環(huán)路有幾種實現(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，降壓轉(zhuǎn)換器上的負(fù)載也會變化。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)換器是針對最差工作條件設(shè)計的，因此輕負(fù)載不是持續(xù)的工作條件。這些DC-DC轉(zhuǎn)換器對負(fù)載波動變化的適應(yīng)性更好，并且不會嚴(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