利用具有LDO特性的DC/DC轉換器滿(mǎn)足下一代移動(dòng)應用設計需求(下)

高頻開(kāi)關(guān)面臨的挑戰

　　我們前面講過(guò)，與高頻開(kāi)關(guān)有關(guān)的損耗會(huì )增加。圖4所示為采用2.2uH電感處于傳統的2MHz頻率下的DC/DC轉換器 target=_blank>DC/DC轉換器的損耗，以及采用0.47uH電感頻率為8MHz時(shí)的損耗。

　　可以明顯看出，在傳統的移動(dòng)DC/DC頻率2MHz，開(kāi)關(guān)引起的損耗僅占總體損耗的20%左右?？傮w損耗約為200mA，是移動(dòng)器件的典型輸出電流。但在8MHz時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗會(huì )上升到40%以上。降低開(kāi)關(guān)損耗是能夠在高頻開(kāi)關(guān)的關(guān)鍵，也是能夠集成到封裝之中的小型電感的前提。

建議解決方案

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

　　MIC3385的基本結構是頻率恒定的PWM轉換器，帶有一個(gè)并聯(lián)LDO。在輸出負載處于待機時(shí)，LDO充當輕負載模式。這種混合式設計提供了極其出色的噪聲性能，并使多能夠輕松地過(guò)渡到高頻。

　　如前所述，MIC3385經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可以在較高的頻率上開(kāi)關(guān)而且電感值較低。圖8顯示了結構相同的2MHz轉換器與8MHz頻率的MIC3385的效率。從中可見(jiàn)，在200mA電流上效率只下降4%。這對于顯著(zhù)降低設計的尺寸和復雜性來(lái)產(chǎn)，是可以接受的折衷。

　　對于高頻DC/DC轉換來(lái)說(shuō)，除了降低開(kāi)關(guān)損耗以外，還有其它一些挑戰。最大的挑戰是設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定，同時(shí)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(zhuān)利的方法——通過(guò)并聯(lián)LDO獲得所需的高帶寬。MIC3385的DC/DC轉換器和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)現幾乎無(wú)縫的轉變；具有最小的輸出電壓偏差。圖9所示為MIC3385在重負載瞬態(tài)條件下的輸出電壓偏差，并與比較傳統的DC/DC方案進(jìn)行了比較。重負載瞬態(tài)條件在移動(dòng)器件中是常見(jiàn)現象?？梢钥闯?MIC3385 8MHz架構的表現大大優(yōu)于傳統結構，從而為設計穩定性創(chuàng )造了較大的空間。

噪聲方面的優(yōu)點(diǎn)

　　DC/DC轉換器的電感在運行和開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)。設計時(shí)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致兼容問(wèn)題.電感越大，這些問(wèn)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(jué)有點(diǎn)矛盾，因為一般認為較高的頻率會(huì )產(chǎn)生較大的噪聲。

本文小結

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

　　隨著(zhù)移動(dòng)設備的功率和尺寸要求繼續加強，市場(chǎng)中將出現更多的集成器件。