利用具有LDO特性的DC/DC轉(zhuǎn)換器滿足下一代移動應(yīng)用設(shè)計需求

建議解決方案

Micrel公司推出了它的第一代“L Free”DC/DC轉(zhuǎn)換器，首款產(chǎn)品是MIC3385。它的開關(guān)頻率是8MHz，電感集成到3mm x 3mm MLF封裝之中。在設(shè)計時考慮到降低開關(guān)損耗，從而使開關(guān)損耗上升導(dǎo)致的效率損失最小。圖6所示為MIC3385的簡化結(jié)構(gòu)圖，圖7為實(shí)際尺寸。

圖4：2MHz及8MHz開關(guān)頻率下DC/DC轉(zhuǎn)換器的損耗。

圖6：MIC3385 “L Free”DC/DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)簡圖。

MIC3385的基本結(jié)構(gòu)是頻率恒定的PWM轉(zhuǎn)換器，帶有一個并聯(lián)LDO。在輸出負(fù)載處于待機(jī)時，LDO充當(dāng)輕負(fù)載模式。這種混合式設(shè)計提供了極其出色的噪聲性能，并使多能夠輕松地過渡到高頻。

圖7：MIC3385在3mmx3mm MLF封裝中集成了“L-Free”DC/DC轉(zhuǎn)換器。

如前所述，MIC3385經(jīng)過優(yōu)化，可以在較高的頻率上開關(guān)而且電感值較低。圖8顯示了結(jié)構(gòu)相同的2MHz轉(zhuǎn)換器與8MHz頻率的MIC3385的效率。從中可見，在200mA電流上效率只下降4%。這對于顯著降低設(shè)計的尺寸和復(fù)雜性來產(chǎn)，是可以接受的折衷。

圖8：MIC3385與MIC2205的效率比較。

對于高頻DC/DC轉(zhuǎn)換來說，除了降低開關(guān)損耗以外，還有其它一些挑戰(zhàn)。最大的挑戰(zhàn)是設(shè)計出具有足夠高的帶寬的控制回路，以使輸出電壓在快速瞬載下保持穩(wěn)定，同時仍采用小型陶瓷輸出電容器。MIC3385做了這點(diǎn)，它采用了一種獲得專利的方法——通過并聯(lián)LDO獲得所需的高帶寬。MIC3385的DC/DC轉(zhuǎn)換器和LDO都提供全輸出電流，以允許從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)實(shí)現(xiàn)幾乎無縫的轉(zhuǎn)變;具有最小的輸出電壓偏差。圖9所示為MIC3385在重負(fù)載瞬態(tài)條件下的輸出電壓偏差，并與比較傳統(tǒng)的DC/DC方案進(jìn)行了比較。重負(fù)載瞬態(tài)條件在移動器件中是常見現(xiàn)象?？梢钥闯?MIC3385 8MHz架構(gòu)的表現(xiàn)大大優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而為設(shè)計穩(wěn)定性創(chuàng)造了較大的空間。

圖9：5us之內(nèi)，從100uA到20mA然后到300mA的負(fù)載瞬變條件下，MIC3385與傳統(tǒng)的移動DC/DC轉(zhuǎn)換器的比較。

噪聲方面的優(yōu)點(diǎn)

DC/DC轉(zhuǎn)換器的電感在運(yùn)行和開關(guān)時產(chǎn)生磁場。設(shè)計時必須考慮電感的安置，以避免引起干擾。例如，把電感安置在敏感的音頻元件附近，可能引起有害的干擾。把它放置在功率放大器附近，則可能降低器件的靈敏度并導(dǎo)致兼容問題.電感越大，這些問題越難以控制。MIC3385的電感較小，安放位置盡可能接近DC/DC裸片。這使高頻功率回路盡可能地短，與具有外部電感的低頻DC/DC相比，降低了EMI噪聲。這與直覺有點(diǎn)矛盾，因?yàn)橐话阏J(rèn)為較高的頻率會產(chǎn)生較大的噪聲。

本文小結(jié)

結(jié)果顯示，第一代8MHz開關(guān)頻率的DC/DC轉(zhuǎn)換器是可行的，提供了一種有益的解決方案，在移動設(shè)計中受到歡迎。該設(shè)計顯示出低噪聲、快速瞬態(tài)響應(yīng)和高效率，所有這些優(yōu)點(diǎn)都使DC/DC轉(zhuǎn)換器更接近LDO解決方案。