应用条记140 - 第3/3部门：10UF 63V开关电源组件的设计思量因素

一般来讲，开关频率越高，输出滤波器元件L和CO的尺寸越小。因此，可减小电源的尺寸，低落其本钱。带宽更高也可以改造负载瞬态响应。可是，开关频率更高也意味着与交换相关的功率损耗更高，这需要更大的电路板空间或散热器来限制热应力。今朝，对付 ≥10A的输出电流应用，大大都降压型电源的事情频率范畴为100kHz至1MHz ~ 2MHz。 对付<10A的负载电流，开关频率可高达几MHz。每个设计的最优频率都是通过仔细衡量尺寸、本钱、效率和其他机能参数实现的。

输出电感选择

在同步降压转换器中，电感峰峰值纹波电流可计较如下：

在给定开关频率下，低电感提供大纹波电流并发生大输出纹波电压。大纹波电流也会增加MOSFET RMS电流和传导损耗。另一方面，高电感意味着电感尺寸大，电感DCR和传导损耗也大概较高。凡是，在选择电感时，会选择高出最大直流电流比的10% ~ 60%峰峰值纹波电流。电感供给商凡是指定DCR、RMS（加热）电流和饱和电流额定值。在供给商的最大额定值内设计电感的最大直流电流和峰值电流很是重要。

功率MOSFET选择

为降压转换器选择MOSFET时，首先确保其最大VDS额定值高于具有足够裕量的电源VIN(MAX)。可是，不要选择额定电压过高的FET。譬喻，对付16VIN(MAX)电源，额定值为25V或30V的FET很是适合。额定值为60V的FET的电压过高，因为FET的导通电阻凡是随额定电压的增加而增加。接下来，FET的导通电阻RDS(ON)和栅极电荷QG（或QGD）是两个最重要的参数。凡是需要在栅极电荷QG和导通电阻RDS(ON)之间举办取舍。一般而言，硅芯片尺寸小的FET具有低QG、高导通电阻RDS(ON)，而硅芯片尺寸大的FET具有低RDS(ON)和大QG。在降压转换器中，顶部MOSFET Q1同时接收了传导损耗和交换开关损耗。Q1凡是需要低QG FET，出格是在具有低输出电压和小占空比的应用中。低压侧同步FET Q2的交换损耗较小，因为它凡是在VDS电压靠近零时导通或关断。在这种环境下，对付同步FET Q2，低RDS(ON)比QG更重要。假如单个FET无法处理惩罚总功率，则可并联利用多个MOSFET。

输入和输出电容选择

首先，应选择具有足够电压降额的电容。

降压转换器的输入电容具有脉动开关电流和大纹波电流。因此，应选择具有足够RMS纹波电流额定值的输入电容以确保利用寿命。铝电解电容和低ESR陶瓷电容凡是在输入端并联利用。

输出电容不只抉择输出电压纹波，并且抉择负载瞬态机能。输出电压纹波可以通过公式(15)计较。对付高机能应用，要只管淘汰输出纹波电压并优化负载瞬态响应，ESR和总电容都很重要。凡是，低ESR钽电容、低ESR聚合物电容和多层陶瓷电容(MLCC)都是不错的选择。

封锁反馈调理环路

开关模式电源尚有一个重要的设计阶段——通过负反馈节制方案封锁调理环路。这项任务凡是比利用LR或LDO更具有挑战性。它需要充实相识环路行为和赔偿设计，通过不变环路来优化动态机能。

降压转换器的小信号模子

如前所述，开关转换器随开关开启或封锁状态改变事情模式。它是一个分立式非线性系统。要利用线性节制要领来阐明反馈环路，需要举办线性小信号建模[1][ 3]。由于输出L-C滤波器，占空比D至输出VO的线性小信号转换函数实际上是一个具有两个顶点和一个零点的二阶系统，如公式(16)所示。在输出电感和电容的谐振频率处有两个顶点。有一个由输出电容和电容ESR抉择的零点。

个中， ，

电压模式节制与电流模式节制

输出电压可由闭环系统调理，如图11所示。譬喻，当输出电压增加时，反馈电压VFB增加，而负反馈误差放大器的输出淘汰。因此，占空比减小。输出电压被拉回，使VFB = VREF。误差运算放大器的赔偿网络大概是I型、II型或III型反馈放大器网络[3] [ 4]。只有一个节制环路来调理输出。这种方案称为电压模式节制。ADI LTC3775和LTC3861是典范的电压模式降压节制器。