利用數(shù)字控制技術(shù)改善功率密度和電源管理功能

在本案例研究中，為數(shù)字控制POL穩(wěn)壓器加入了一個(gè)新型信號(hào)接口，不過(guò)它并不影響設(shè)計(jì)的性能，也并非基本功能所必需。沒(méi)有采用適合電源連接的大電流引腳，而是設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的、標(biāo)準(zhǔn)的和高性價(jià)比的10芯連接器。如果最終用戶需要，該連接器可以用來(lái)與系統(tǒng)級(jí)電源管理電路進(jìn)行通信并配置POL穩(wěn)壓器。設(shè)計(jì)中引入連接器時(shí)，并不影響封裝尺寸。圖1右所示的是一個(gè)完整的20A尺寸優(yōu)化的數(shù)字設(shè)計(jì)。

3. 輸出優(yōu)化的40A設(shè)計(jì)

構(gòu)建的另一個(gè)數(shù)控POL穩(wěn)壓器的尺寸與模擬PMH8918L基本相同，但輸出電流得到了提高。最終的尺寸比模擬設(shè)計(jì)的尺寸略小一點(diǎn)，為30.0x20.0x8.5mm。而該P(yáng)OL穩(wěn)壓器的輸出電流提高到了40A。

為了提供更高的輸出電流，該設(shè)計(jì)中采用了并聯(lián)MOSFET。FET器件的選用準(zhǔn)則與尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)中相同。圖2右上方的FET的參數(shù)如下：RDS-ON為1.7mΩ，Qg為60nC。而圖2右下方的FET相應(yīng)參數(shù)則分別為0.6mΩ和141nC。電感為0.82μH而電阻為1.7mΩ，進(jìn)一步降低了電阻損耗。該設(shè)計(jì)的開關(guān)頻率也是320kHz。所用的控制芯片與20A數(shù)字設(shè)計(jì)中的相同。

圖2右顯示的是40A輸出優(yōu)化設(shè)計(jì)的照片。

性能比較

根據(jù)通常所采用的電氣性能參數(shù)對(duì)上述三種設(shè)計(jì)進(jìn)行了表征。這些參數(shù)包括輸出能力、負(fù)載調(diào)整、效率、紋波、噪聲和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。但由于篇幅有限，這里只詳細(xì)地討論效率，因?yàn)樗鼘?duì)最終用戶來(lái)說(shuō)是一個(gè)最重要的關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)于上述的其它參數(shù)，總體說(shuō)來(lái)兩種數(shù)字設(shè)計(jì)的性能要等同于或更高于模擬設(shè)計(jì)。參考資料[3]中給出了一些初步的比較結(jié)果。

　1. 效率

比較中所用的PMH8918L是一款大電流POL穩(wěn)壓器。對(duì)于這類產(chǎn)品，轉(zhuǎn)換效率是最重要的，因?yàn)樗鼘?duì)系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)、最終封裝密度、以及確定終端設(shè)備所需的輸入電源具有很大的影響。因此，如果要求數(shù)字設(shè)計(jì)在效率上進(jìn)行折衷的話，將是一個(gè)難以接受的方案。