利用集成化開關穩壓器簡化電源設計

一提到電源設計，大多數工程師都會感到撓頭，他們往往會問“從哪里入手呢”。首先先必須確定電源的拓撲，包括降壓、升壓、flyback、半橋和全橋等，還要確定控制方案、電壓模式、電流模式、固定導通時間等。其他問題還包括：(1)電源的頻率特性如何?這將決定應該使用何種電感和電容，以滿足輸出紋波和負載暫態響應的要求。(2)為了確保整個電路在各種負載、溫度條件下的穩定性，應該采用哪種補償方案呢?(3)選擇“合適的”MOSFET也并非小事一樁。驅動電路能否控制MOSFET的柵電容?寄生電容和Rds(on)又將如何影響總功耗?

　　但需要回答的問題還不僅僅局限于此。PCB設計工程師可能會來告訴你，PCB板上沒有足夠的空間來容納所有選定的元件。控制器應該放在哪里?或者，MOSFET、輸入電容、電感、輸出電容、控制電路等等又該放在哪里?采用何種接地方案?PGND和AGND在哪里連接?為了獲得最佳的電磁干擾(EMI)性能或消除噪聲干擾，如何才能盡量減少AC環路?散熱器應放在哪里?氣流的方向如何?應該使用多少過孔?

　　上述這些問題表明，電源開關穩壓器的設計不是一項簡單的任務。但Intersil的集成化FET DC/DC穩壓器使降壓電源轉換器的設計變得輕松自如。這些IC芯片內部已經解決了大多數棘手問題，并對各種配置進行了優化，如MOSFET尺寸、驅動電路、電流感應元件及限流、環路補償、溫度補償及過熱保護等。開關頻率高達1MHz以上，因此可以使用小型電感和陶瓷電容，這些電感和電容是許多制造商的標準產品。最后，對于大多數解決方案，Intersil還提供了評估電路板和推薦的PCB設計，供客戶參考。

　　集成化FET DC/DC轉換器的優勢

　　圖1是一個完整的4A轉換器的典型應用電路，采用ISL8014芯片。這種電路僅需極少的外部組件。圖2是ISL8014集成FET硅芯片的框圖。同一個芯片集成了眾多的特性和功能，從而使得電源設計變得非常輕松。

　　圖1：4A集成FET功率轉換器的典型應用示意圖。

　　1.內置MOSFET

　　請注意圖2具有VIN管腳到LX管腳的高邊功率P溝道MOSFET，以及LX管腳到PGND管腳的低邊N溝道MOSFET，因此不需要再浪費時間去尋找合適的MOSFET。這些內置MOSFET與驅動電路一起，在開關頻率、負載電流、輸入電壓、溫度范圍等方面可以滿足廣泛的應用需求。

　　圖2：4A集成FET功率轉換器內部電路框圖。

　　驅動電路的上升和下降時間約為3ns，在EMI噪聲和功耗之間達到了最佳平衡。非重疊時間、高邊和低邊MOSFET的開/關轉換時間(或稱死區時間)都得到很好控制，以免出現直通現象。在LX到PGND管腳之間，不需要另外使用肖特基二極管來提高效率。開關波形請見圖3a和圖3b。

　　
　圖3a：LX 開關波形(降壓)。

　　圖3a：LX 開關波形(降壓)。