keyishuotongbujiangyazhuanhuanqiyibandouyongyujiangdianyacongjiaogaodedianpingjiangzhijiaodidedianping。suizheyejiezhuanxianggenggaoxingnengdepingtai，dianyuanzhuanhuanqidenengxiaochengweishejideyixiangguanjiankaolvyinsu。yinci，zhongyaodeshilijietongbujiangyazhuanhuanqidejichuzhishi
，yijizenyangqiadangdixuanzedianluyuanjian。

同步降壓轉換器基礎

 

同步降壓轉換器的概念簡單
，它產生低於輸入電壓的穩壓電壓，可以提供大電流，同時將功率損耗降至最低。

圖1 同步降壓轉換器電路圖。

 

同步降壓轉換器包含2顆功率MOSFET
、1顆輸出電感及1顆輸出電容。此特定降壓拓撲結構的名稱來源於它的2顆功率MOSFET的控製方法
；導通/關斷(on/off)控製被同步，以提供經過穩壓的輸出電壓
，並防止2顆MOSFET同時導通。高邊MOSFET(Q1)直接連接至電路的輸入電壓。當Q1導通時
，電流通過它提供給負載。在此期間，低邊MOSFET(Q2)關斷，流過電感的電流增加，為電感電容(LC)濾波器充電。當Q1關斷時，Q2導通，此時電流通過它提供給負載。在此期間
，渡過電感的電流減小，使LC濾波器放電。當兩顆MOSFET都關斷時，低邊MOSFET提供額外功能，即通過本體二極管對開關節點電壓來鉗位
，以防止高邊晶體管首先關斷時開關電壓(VSW)升至太高的負值。開關節點電壓被LC輸出段弄得更平順，從而在輸出端產生穩壓直流電壓。兩顆MOSFET被同步控製以防止擊穿(shoot-through)，而當高邊及低邊MOSFET同時處於導通狀態時，產生直接對地短路，會發生擊穿現象。高邊MOSFET導通時間決定了電路的占空比(duty cycle)。如果占空比等於1，那麼高邊MOSFET在全部占空比均處於導通狀態

，輸出電壓等於輸入電壓。占空比為0.1表示高邊MOSFET僅有10%時間導通，產生的輸出電壓約為輸入電壓的10%。

 

 

降壓轉換器功率損耗受多種因素影響，包括功率MOSFET輸出段、控製器/驅動器、反饋回路及轉換器本身的布線。大多數降壓轉換器設計的占空比小於0.5，而計算機及服務器市場的降壓轉換器標準占空比是0.1至0.2。設(she)計(ji)平(ping)台(tai)正(zheng)轉(zhuan)向(xiang)更(geng)高(gao)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)，能(neng)夠(gou)減(jian)小(xiao)轉(zhuan)換(huan)器(qi)尺(chi)寸(cun)及(ji)外(wai)形(xing)因(yin)數(shu)。同(tong)時(shi)，轉(zhuan)換(huan)器(qi)必(bi)須(xu)提(ti)供(gong)更(geng)高(gao)性(xing)能(neng)及(ji)更(geng)高(gao)能(neng)效(xiao)。輸(shu)出(chu)段(duan)性(xing)能(neng)大(da)幅(fu)影(ying)響(xiang)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)整(zheng)體(ti)性(xing)能(neng)。因(yin)此(ci)，重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)針(zhen)對(dui)特(te)定(ding)應(ying)用(yong)優(you)化(hua)電(dian)感(gan)及(ji)電(dian)容(rong)選(xuan)擇(ze)。

 

 

同tong步bu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi的de輸shu出chu段duan由you電dian感gan及ji電dian容rong組zu成cheng。它ta儲chu存cun及ji為wei負fu載zai提ti供gong能neng量liang，使shi開kai關guan節jie點dian電dian壓ya變bian得de平ping順shun以yi產chan生sheng恒heng定ding輸shu出chu電dian壓ya。電dian感gan選xuan擇ze直zhi接jie影ying響xiang電dian感gan電dian流liu中zhong的de電dian流liu紋wen波bo的de量liang
，以yi及ji降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi本ben身shen的de電dian流liu能neng力li。不bu同tong製zhi造zao商shang製zhi造zao的de電dian感gan在zai材cai料liao及ji電dian感gan值zhi方fang麵mian會hui有you差cha異yi，公gong差cha通tong常chang為wei±20%。電感包含固有的直流阻抗(即DCR)
，會影響輸出段的性能。將DCR降至最低，即提升轉換器的整體性能。對於要求大負載電流的應用而言
，建議選擇帶低DCR的電感。電感值較低的電感DCR也較低
，但在電感與紋波電流之間有折衷;電感越低

，流過電感的紋波電流越大。必須達到最低電感，以符合特定應用電路的紋波電流要求。

 

輸出電容直接影響轉換器輸出電壓
、shuchufankuihuiludexiangyingshijian，yijifuzaidianliubianhuashichuxiandeshuchudianyaguochongdeliang。zhiliushuchuduancunzaiwenbodianya，yinweiliuguodianganjidianrongdedianliushangshengjixiajiang。zengjiadianronghuijianxiaocunzaidewenbodianyadeliang。raner，zaidianrongyushuchuhuiyingzhijiancunzaizhezhong。zengjiadianrongjianxiaoshuchudianyawenbojishuchudianyaguochong

，danyanchangleshishuchudianyahuiluhuiyingfuzaibianhuasuoxudeshijian。yinci，bixukaolvzuixiaodianrong，yifuhezhuanhuanqidewenbodianyajidianyaguochongyaoqiu
，tongshiweichizuyikuaisuhuiyingfuzaibianhuadefankuihuilu。dianrongyebaohanjishengchuanxingdianzu，yejiushidengxiaochuanxingdianzu(ESR)。ESR影響輸出電壓紋波及轉換器整體能效。因此，設計人員正轉向低ESR設計。表麵貼裝陶瓷電容在要求高性能
、小外形因子的係統中正變得盛行。使用並行的多顆電容使設計人員能夠提供係統要求的電容，同時大幅減小等效的ESR。

 

shejijiangyazhuanhuanqishuchuduanshi，jianyicongdiangankaishi。zuixiaodiangangenjumubiaowenbodianliujiqitayingyongdianluguifanlaijisuan。yidanxuanzehaolediangan

，jiukeyiquedingzuixiaodianrong。zaidianganyuwenbodianliuzhijiancunzaizhezhong。mubiaowenbodianliuyueshao，jiuxiangdangyuzuixiaodianganyueda。weilezuijiahuashuchulvboqixingneng，jianyisheding20%至40%的目標電感紋波電流。需要計算最大ESR及最小電容
，從而在高邊MOSFET關斷時維持穩壓轉出電壓
，以及將輸出電壓上存在的紋波的量降至最低。輸出電壓紋波可以表達為峰值-峰值電壓，或者以電容電壓比(CVR)的形式來表述。輸出電容值及ESR越大
，輸出回應負載變化所需經曆的時間就越長。ESR也影響輸出電壓紋波。當高邊MOSFET導通時，流過電感及電容的電流增加，輸出電壓也增加。當高邊MOSFET關(guan)斷(duan)時(shi)
，流(liu)過(guo)電(dian)感(gan)及(ji)電(dian)容(rong)的(de)電(dian)流(liu)下(xia)降(jiang)，輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)也(ye)下(xia)降(jiang)。為(wei)了(le)提(ti)供(gong)恒(heng)定(ding)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)，轉(zhuan)出(chu)電(dian)流(liu)增(zeng)加(jia)的(de)量(liang)必(bi)須(xu)等(deng)於(yu)電(dian)容(rong)電(dian)流(liu)減(jian)小(xiao)的(de)量(liang)。因(yin)此(ci)，流(liu)過(guo)電(dian)容(rong)的(de)穩(wen)態(tai)電(dian)流(liu)為(wei)0A。

 

chulegujishuchuwenbodianyajidianganwenbodianyaduishuchudianrongdeyingxiang，yebixugujishuchuduandeshunshifuzaihuiyingnengli。tongbujiangyazhuanhuanqibixunenggouhuiyingfuzaidianliubianhua，tongshiweichiwenyashuchudianya。dangfuzaidianliucongjiaogaozhibianweijiaodizhishi，shuchudianyajiangzanshizengjia

，zhidaozhuanhuanqinenggoutiaojiezhankongbi，yishishuchudianyafanhuizhitadewenyazhi。cizanshishuchudianyazengjiachengzuoshuchudianyaguochong。dangfuzaicongzuidafuzaiguodudaokongzaishi，jiuchuxianzuihuaiqingkuangguochong。shuchudianrongbixunenggouchulicishunshitiaojian。shuchudianyashunshihuiyingyushuchudianyawenbozhijiancunzaizhezhong。ciliangxiangyinsubixupinghengqusheyimanzutedingyingyongxuqiu。xuanzedianrongshiyigehaodejingyanfazeshixuanzezhibijisuandezuixiaodianronggaozuishao20%的輸出電容，從而顧及到電壓公差。降壓轉換器輸出濾波器設計影響輸出電流紋波、輸出電壓紋波、輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)過(guo)衝(chong)以(yi)及(ji)反(fan)饋(kui)回(hui)路(lu)的(de)瞬(shun)時(shi)回(hui)應(ying)。元(yuan)件(jian)選(xuan)擇(ze)也(ye)影(ying)響(xiang)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)能(neng)效(xiao)。影(ying)響(xiang)同(tong)步(bu)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)能(neng)效(xiao)的(de)最(zui)大(da)因(yin)素(su)是(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)感(gan)選(xuan)擇(ze)。電(dian)感(gan)值(zhi)及(ji)DCR都會大幅影響性能。

 

由上文總結來說同步降壓轉換器的輸出段在轉換器性能方麵發揮重要作用。為了達到目標紋波電流、shuchuwenbodianyajishuchuguochong
，bixuxuanzechaoguozuixiaodianganzhihezuixiaodianrongzhidedianganhedianrong。dangzhenduitedingyingyongxuanzedianganjidianrongshi，haibixugujiqitayinsu。shuchuduankeyitongguozhenduitajianggongzuodetedingyingyongbiaozhunlaishejierzuijiahua。dianganzhizaishuchuwenbodianliuyijizhuanhuanqidenengxiaoxingnengfangmianfahuizhongyaozuoyong。ciwai，shuchudianrongjiaogaoshi，shuchudianyawenboyehuigaishan。zhuanhuanqidenengxiaoshoushiyongdediangandeDCR大(da)幅(fu)影(ying)響(xiang)。電(dian)感(gan)與(yu)電(dian)感(gan)飽(bao)和(he)電(dian)流(liu)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)折(zhe)衷(zhong)。因(yin)此(ci)，為(wei)了(le)符(fu)合(he)或(huo)超(chao)越(yue)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)要(yao)求(qiu)
，電(dian)感(gan)必(bi)須(xu)大(da)於(yu)計(ji)算(suan)的(de)最(zui)小(xiao)電(dian)感(gan)值(zhi)，而(er)電(dian)感(gan)飽(bao)和(he)電(dian)流(liu)必(bi)須(xu)大(da)於(yu)最(zui)大(da)負(fu)載(zai)時(shi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)。電(dian)容(rong)也(ye)在(zai)同(tong)步(bu)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)性(xing)能(neng)方(fang)麵(mian)發(fa)揮(hui)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)電(dian)壓(ya)紋(wen)波(bo)的(de)量(liang)及(ji)輸(shu)出(chu)段(duan)的(de)電(dian)壓(ya)過(guo)衝(chong)。然(ran)而(er)，電(dian)容(rong)對(dui)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)能(neng)效(xiao)性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)極(ji)小(xiao)。