中心議題：

• 選擇基礎步降電壓轉換器
• 降壓轉換器外部組件的選擇

解決方案：

• 提高輕負載效率

電源設計往往是係統最後一個考慮因素。這時，大部分用戶可選擇一個有效模塊——輸入一個 DC電dian壓ya生sheng成cheng另ling一yi個ge電dian壓ya。這zhe個ge模mo塊kuai可ke以yi有you不bu同tong規gui格ge
，以yi步bu降jiang方fang式shi生sheng成cheng低di電dian壓ya
，或huo以yi步bu升sheng方fang式shi生sheng成cheng高gao電dian壓ya。同tong時shi，還hai有you大da量liang專zhuan用yong方fang案an
，如ru步bu升sheng/步降、反激式和單端初級電感轉換器（sepic），這種 DC-DC 轉換器可生成大於、小於或等於輸入電壓的輸出電壓。對於基於 AC 電源工作的係統，可能首先需要采用 AC-DC 模塊生成係統所需的最高 DC 電(dian)壓(ya)。因(yin)此(ci)，步(bu)降(jiang)轉(zhuan)換(huan)器(qi)，也(ye)稱(cheng)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)
，是(shi)使(shi)用(yong)最(zui)為(wei)廣(guang)泛(fan)的(de)設(she)備(bei)。下(xia)麵(mian)
，我(wo)們(men)先(xian)介(jie)紹(shao)如(ru)何(he)選(xuan)擇(ze)基(ji)礎(chu)步(bu)降(jiang)電(dian)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)，提(ti)高(gao)輕(qing)負(fu)載(zai)效(xiao)率(lv)
，然(ran)後(hou)討(tao)論(lun)選(xuan)擇(ze)外(wai)周(zhou)器(qi)件(jian)的(de)考(kao)慮(lv)因(yin)素(su)。

步降轉換器主要有兩種類型
，分別為低壓差穩壓器（LDO） 和開關穩壓器。LDO 可給出幹淨、穩wen定ding的de電dian壓ya，而er開kai關guan穩wen壓ya器qi適shi用yong於yu更geng加jia高gao效xiao的de工gong作zuo。高gao效xiao意yi味wei著zhe轉zhuan換huan過guo程cheng中zhong損sun失shi的de能neng量liang低di，簡jian化hua熱re量liang管guan理li。由you於yu開kai關guan穩wen壓ya器qi效xiao率lv高gao
，並bing且qie是shi最zui為wei流liu行xing的de解jie決jue方fang案an，因yin此ci我wo們men重zhong點dian介jie紹shao這zhe種zhong產chan品pin。同tong時shi，為wei便bian於yu討tao論lun起qi見jian，我wo們men隻zhi簡jian要yao說shuo明ming降jiang壓ya（步降）轉換器。圖1所示為基本類型步降開關穩壓器
，同步降壓轉換器。同步降壓表示采用 MOSFET 作為降壓開關（圖1中沿其方向標記為 Ilower）。對比之下，標準降壓穩壓器采用肖特基二極管作為降壓開關。由於 MOSFET 比二極管壓差小

，因此同步降壓穩壓器的主要優點是效率高於標準降壓穩壓器。

圖1 基本類型步降開關穩壓器

降壓和升壓 MOSFET 的定時信息由脈寬調製（PWM）控製器提供。圖1中僅顯示一路 PWM輸入，而在許多電路圖中，PWM 有兩路輸入。電路的第二路輸入電壓是 PWM 電源電壓。控製器輸入端與輸出端構成電壓反饋回路。這個回路可供降壓轉換器根據負載變化調節輸出。PWM 模塊的輸出是一種按開關頻率切換升降的數字信號。一次僅接通一個 MOSFET。同時接通兩個 MOSFET 會造成 Vin 對 GND duanlu，zheyanghuijiangdixiaolv
，yincibujianyicaiyongzhezhongfangfa。zhegexinhaodezhankongzhouqijuedingshuruzhijielianjieshuchudeshijianbili。yinci，shuchudianyashishurudianyahezhegezhankongzhouqidejieguo。

選擇降壓轉換器 IC

上shang述shu控kong製zhi回hui路lu使shi降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi保bao持chi穩wen定ding的de輸shu出chu電dian壓ya。這zhe個ge回hui路lu可ke采cai用yong多duo種zhong方fang法fa實shi施shi。最zui簡jian單dan的de轉zhuan換huan器qi采cai用yong電dian壓ya或huo電dian流liu反fan饋kui。這zhe些xie轉zhuan換huan器qi牢lao固gu、簡(jian)單(dan)且(qie)經(jing)濟(ji)高(gao)效(xiao)。降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)開(kai)始(shi)用(yong)於(yu)各(ge)種(zhong)應(ying)用(yong)之(zhi)後(hou)，其(qi)缺(que)點(dian)也(ye)隨(sui)之(zhi)表(biao)現(xian)出(chu)來(lai)。以(yi)圖(tu)形(xing)卡(ka)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)為(wei)例(li)，隨(sui)著(zhe)視(shi)頻(pin)內(nei)容(rong)的(de)變(bian)化(hua)，降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)負(fu)載(zai)也(ye)會(hui)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)。係(xi)統(tong)支(zhi)持(chi)處(chu)理(li)各(ge)種(zhong)變(bian)化(hua)

，但(dan)輕(qing)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)（僅需少量負載時）的效率迅速下降。當效率成為關注的主要問題時，需要改進降壓轉換器解決方案。

這種改進稱為遲滯控製。以 Intersil ISL62871 為例，效率負載曲線如圖2所示。這種轉換器是專門針對最差的條件設計的，輕負載不是常態。這些 DC/DC 轉換器可以更好地應對負載變量的變化，不會對係統效率產生嚴重影響。圖2所示為 ISL62871 在不同輸出電流條件下測出的效率。輸出電流的這種變化顯示了不同負載的性能表現。

圖2 Intersil ISL62871在輸出電壓為1.1V時效率與負載的對

選擇開關頻率

盡管開關頻率有時對於設備來說是固定的，但仍值得討論。權衡的關鍵是效率。以最簡單的方式來說，MOSFET cunzaiyidingdejietonghebiheshijian。suizhepinlvzengjia，zhuanhuanshijianhuizaizhenggezhouqineichengbilizengjia。jieguozaochengxiaolvxiajiang。ruguoxiaolvshizuizhongyaodeshejimubiao
，kekaolvjiangdikaiguanpinlv。ruguoxitongxiaolvzugougao，kexuanzejiaogaokaiguanpinlv。tigaokaiguanpinlvkejianshaowaibuwuyuanqijiandeshiyongliang，jishuchudianganhedianrong

，congerjianxiaoxitongchicun。
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外部組件

您可以大膽嚐試采用40多個器件設計完全分立的解決方案，不過這會顯著增加工作量。作為一種選擇，我們看圖1所示的外部組件，以及這些組件對於係統性能產生的效果。

我們必須選擇的五個組件是輸入電容
、輸出電容、輸出電感以及升壓和降壓 MOSFET。選擇輸出電感需滿足輸出紋波的要求，縮短 PWM 對負載變化的響應時間。電感值的下限根據紋波要求設定。在開始尋找最小（且最便宜）的(de)電(dian)感(gan)之(zhi)前(qian)，請(qing)注(zhu)意(yi)，這(zhe)樣(yang)的(de)電(dian)感(gan)未(wei)必(bi)是(shi)理(li)想(xiang)的(de)。實(shi)際(ji)電(dian)感(gan)具(ju)有(you)飽(bao)和(he)量(liang)。這(zhe)種(zhong)飽(bao)和(he)量(liang)必(bi)須(xu)高(gao)於(yu)係(xi)統(tong)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)才(cai)能(neng)實(shi)現(xian)成(cheng)功(gong)的(de)設(she)計(ji)。有(you)經(jing)驗(yan)的(de)設(she)計(ji)師(shi)還(hai)知(zhi)道(dao)
，電(dian)感(gan)相(xiang)對(dui)於(yu)電(dian)流(liu)不(bu)是(shi)恒(heng)定(ding)的(de)。事(shi)實(shi)上(shang)，當(dang)增(zeng)加(jia)穿(chuan)過(guo)組(zu)件(jian)的(de)電(dian)流(liu)時(shi)，電(dian)感(gan)值(zhi)會(hui)下(xia)降(jiang)。查(zha)看(kan)電(dian)感(gan)器(qi)數(shu)據(ju)手(shou)冊(ce)，保(bao)證(zheng)選(xuan)擇(ze)的(de)值(zhi)滿(man)足(zu)係(xi)統(tong)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)的(de)要(yao)求(qiu)。以(yi)為(wei)電(dian)感(gan)值(zhi)取(qu)得(de)大(da)是(shi)最(zui)佳(jia)選(xuan)擇(ze)是(shi)一(yi)種(zhong)錯(cuo)誤(wu)。這(zhe)是(shi)需(xu)要(yao)權(quan)衡(heng)的(de)。電(dian)感(gan)值(zhi)越(yue)大(da)，輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)減(jian)少(shao)的(de)越(yue)多(duo)，但(dan)會(hui)限(xian)製(zhi)斜(xie)率(lv)。電(dian)感(gan)值(zhi)過(guo)大(da)將(jiang)限(xian)製(zhi)負(fu)載(zai)瞬(shun)態(tai)變(bian)化(hua)的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)。因(yin)此(ci)，選(xuan)擇(ze)電(dian)感(gan)器(qi)時(shi)應(ying)在(zai)降(jiang)低(di)峰(feng)-峰紋波獲得更安靜的輸出
，還是要求係統對負載變化做出快速響應之間做出明確權衡。

輸入電容 C1 負責給升壓 MOSFET 傳送輸入電流的 AC 組件供電。因此

，RMS 電流量必須足以支持 AC 組件為 MOSFET tigongsuoxudedianliu。zuhebinglianshurupangludianrongshiyizhongchangyongfangfa。congpinzhihewenduxishudikaolv，taocidianrongkeyiquougaopinzujian。darongliangdianrongtigongdipin RMS 電流，這與占空周期有關（當係統工作占空周期高於 50%時，可提供更大的 RMS 電流）。大(da)容(rong)量(liang)電(dian)容(rong)可(ke)以(yi)是(shi)多(duo)個(ge)並(bing)聯(lian)的(de)多(duo)層(ceng)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)。不(bu)過(guo)
，在(zai)低(di)成(cheng)本(ben)應(ying)用(yong)中(zhong)
，一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)多(duo)個(ge)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)。在(zai)表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)設(she)計(ji)中(zhong)
，可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)固(gu)體(ti)鉭(tan)電(dian)容(rong)作(zuo)為(wei) C1，但要當心電容的額定浪湧電流（升壓時一般會出現浪湧電流）。選擇降壓轉換器係統中的任何電容時，除考慮所需總容量外，應注意減小等效串聯電感（ESL）和等效串聯電阻（ESR）。最後一點提示是電容的額定電壓：為最大限度減少難以發現的故障，選擇電容的額定電壓應大於輸入電壓 1.2 到 1.3倍，即額定電壓範圍覆蓋輸入電壓。

輸出電容 COUT 必須過濾瞬態變化期間的負載輸出。有趣的是
，等效串聯電阻（ESR）和額定電壓對電容選擇的影響要比實際電容值大。請注意，我們電感產生的峰-峰電流紋波可轉換為輸出電容 ESR 產生的峰-峰電壓紋波。由於係統可能對輸出電壓紋波有限製，因此選擇能夠降低 ESR 的電容（或一組並聯電容）是shi十shi分fen重zhong要yao的de。同tong時shi，電dian容rong必bi須xu具ju有you足zu夠gou的de額e定ding電dian壓ya。由you於yu存cun在zai這zhe種zhong綜zong合he要yao求qiu
，因yin此ci需xu要yao查zha看kan供gong應ying商shang的de電dian容rong表biao，確que定ding適shi合he的de解jie決jue方fang案an。最zui後hou一yi點dian注zhu意yi事shi項xiang
，一yi定ding要yao特te別bie注zhu意yi ESR 數據，表中可能未按與您開關頻率相同的頻率給出數據。查看組件數據手冊調整 ESR 的值。

MOSFET 一般按 RDS(on)

、總計門電荷及熱量管理要求選擇。查看多家廠商的數據手冊。選擇與 Infineon BSC050N03LS相似的產品，門電荷為 35nC，升壓 MOSFET的 RDS(on)為5毫歐。與之配合使用的降壓 MOSFET (BSC016)的 RDS(on)為1.6毫歐。

閉合回路

如前麵所述，輸出是輸入的反饋。這種連接構成補償回路。補償有多種方式，如 Type I、Type II 和 Type III。類型指解決方案中的極點的數量。Type I補償是單極點解決方案
，Type II補償有兩個極點和一個零點，Type IIIbuchangyousangejidianhelianggelingdian。meizhongleixingzengjiaqianyileixingdezujianshuliang，qiejinyibutigaoshejilinghuoxing。congxingnengjiaodukaolv，zhegehuiludeshezhidaikuanyueweikaiguanpinlvdesifenzhiyi。ciwai
，zuoweidianxingwendingxingbiaozhun，xiangweiyuduyidingyaodayu30度，小於180度。

與電壓型轉換器相比

，設計過程與遲滯型降壓轉換器相似。好在高質量遲滯型控製有助於消除外部組件的寄生效應，便於選擇上述5種組件。

總結

降壓轉換器設計過程首先選擇控製器IC，然後選擇相關外部組件。不同的參數對於每項選擇是至關重要的。選定 MOSFET、輸出電感、輸入和輸出電容之後
，最後配置補償參數。