利用數字控制技術(shù)改善功率密度和電源管理功能

在本案例研究中，為數字控制POL穩壓器加入了一個(gè)新型信號接口，不過(guò)它并不影響設計的性能，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，而是設計了一個(gè)簡(jiǎn)單的、標準的和高性?xún)r(jià)比的10芯連接器。如果最終用戶(hù)需要，該連接器可以用來(lái)與系統級電源管理電路進(jìn)行通信并配置POL穩壓器。設計中引入連接器時(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)化的數字設計。

3. 輸出優(yōu)化的40A設計

構建的另一個(gè)數控POL穩壓器的尺寸與模擬PMH8918L基本相同，但輸出電流得到了提高。最終的尺寸比模擬設計的尺寸略小一點(diǎn)，為30.0x20.0x8.5mm。而該POL穩壓器的輸出電流提高到了40A。

為了提供更高的輸出電流，該設計中采用了并聯(lián)MOSFET。FET器件的選用準則與尺寸優(yōu)化設計中相同。圖2右上方的FET的參數如下：RDS-ON為1.7mΩ，Qg為60nC。而圖2右下方的FET相應參數則分別為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。該設計的開(kāi)關(guān)頻率也是320kHz。所用的控制芯片與20A數字設計中的相同。

圖2右顯示的是40A輸出優(yōu)化設計的照片。

性能比較

根據通常所采用的電氣性能參數對上述三種設計進(jìn)行了表征。這些參數包括輸出能力、負載調整、效率、紋波、噪聲和動(dòng)態(tài)響應。但由于篇幅有限，這里只詳細地討論效率，因為它對最終用戶(hù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)最重要的關(guān)鍵參數。對于上述的其它參數，總體說(shuō)來(lái)兩種數字設計的性能要等同于或更高于模擬設計。參考資料[3]中給出了一些初步的比較結果。

　1. 效率

比較中所用的PMH8918L是一款大電流POL穩壓器。對于這類(lèi)產(chǎn)品，轉換效率是最重要的，因為它對系統的熱設計、最終封裝密度、以及確定終端設備所需的輸入電源具有很大的影響。因此，如果要求數字設計在效率上進(jìn)行折衷的話(huà)，將是一個(gè)難以接受的方案。