設計降壓轉換器

　　設計降壓轉換器并不是件輕松的工作。許多使用者都希望轉換器是一個(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(lái)產(chǎn)生一個(gè)更低的電壓，或是升壓來(lái)產(chǎn)生一個(gè)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轉換器。如果一個(gè)系統采用交流電工作，第一個(gè)AC-DC模塊應當產(chǎn)生系統所需的最高的直流電壓。因此，使用最廣的器件是降壓轉換器。

　　使用開(kāi)關(guān)穩壓器的降壓轉換器具有所有轉換器當中最高的效率。高效率意味著(zhù)轉換過(guò)程中的能量損耗更少，而且能簡(jiǎn)化熱管理。

　　圖1顯示了一種降壓開(kāi)關(guān)穩壓器的基本原理，即同步降壓轉換器。“同步降壓”指的是MOSFET用作低邊開(kāi)關(guān)。相對應的，標準降壓穩壓器要使用一個(gè)肖特基二極管做為低邊開(kāi)關(guān)。與標準降壓穩壓器相比，同步降壓穩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，同步降壓轉換器的基本原理

　　低邊和高邊MOSFET的定時(shí)信息是由脈寬調制(PWM)控制器提供的?？刂破鞯妮斎胧莵?lái)自輸出端反饋回來(lái)的電壓。這個(gè)閉環(huán)控制使降壓轉換器能夠根據負載的變化調節輸出。PWM模塊的輸出是一個(gè)用來(lái)升高或降低開(kāi)關(guān)頻率的數字信號。該信號驅動(dòng)一對MOSFET。信號的占空比決定了輸入直接連到輸出的導通時(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)路使降壓轉換器能夠保持一個(gè)穩定的輸出電壓。這種環(huán)路有幾種實(shí)現方法。最簡(jiǎn)單的轉換器使用的是電壓反饋或電流反饋。這些轉換器很耐用，控制方式很直接，而且性?xún)r(jià)比很好。由于降壓轉換器開(kāi)始用于各種應用中，這種轉換器的一些弱點(diǎn)也開(kāi)始暴露出來(lái)。以圖形卡的供電電路為例。當視頻內容變化時(shí)，降壓轉換器上的負載也會(huì )變化。供電系統能應付各種負載變化，但在輕負載條件下，轉換效率降得很快。如果用戶(hù)關(guān)心的是效率，就需要有更好的降壓轉換器方案。

　　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。轉換效率與負載的曲線(xiàn)如圖2所示。這些轉換器是針對最差工作條件設計的，因此輕負載不是持續的工作條件。這些DC-DC轉換器對負載波動(dòng)變化的適應性更好，并且不會(huì )嚴重影響系統效率。

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