利用集成化开关稳压器简化电源设计

利用集成化开关稳压器简化电源设计

一提到电源设计，大多数工程师都会感到挠头，他们往往会问“从哪里入手呢”。首先先必须确定电源的拓扑，包括降压、升压、flyback、半桥和全桥等，还要确定控制方案、电压模式、电流模式、固定导通时间等。其他问题还包括：(1)电源的频率特性如何?这将决定应该使用何种电感和电容，以满足输出纹波和负载暂态响应的要求。(2)为了确保整个电路在各种负载、温度条件下的稳定性，应该采用哪种补偿方案呢?(3)选择“合适的”MOSFET也并非小事一桩。驱动电路能否控制MOSFET的栅电容?寄生电容和Rds(on)又将如何影响总功耗?

　　但需要回答的问题还不仅仅局限于此。PCB设计工程师可能会来告诉你，PCB板上没有足够的空间来容纳所有选定的元件。控制器应该放在哪里?或者，MOSFET、输入电容、电感、输出电容、控制电路等等又该放在哪里?采用何种接地方案?PGND和AGND在哪里连接?为了获得最佳的电磁干扰(EMI)性能或消除噪声干扰，如何才能尽量减少AC环路?散热器应放在哪里?气流的方向如何?应该使用多少过孔?

　　上述这些问题表明，电源开关稳压器的设计不是一项简单的任务。但Intersil的集成化FET DC/DC稳压器使降压电源转换器的设计变得轻松自如。这些IC芯片内部已经解决了大多数棘手问题，并对各种配置进行了优化，如MOSFET尺寸、驱动电路、电流感应元件及限流、环路补偿、温度补偿及过热保护等。开关频率高达1MHz以上，因此可以使用小型电感和陶瓷电容，这些电感和电容是许多制造商的标准产品。最后，对于大多数解决方案，Intersil还提供了评估电路板和推荐的PCB设计，供客户参考。

　　集成化FET DC/DC转换器的优势

　　图1是一个完整的4A转换器的典型应用电路，采用ISL8014芯片。这种电路仅需极少的外部组件。图2是ISL8014集成FET硅芯片的框图。同一个芯片集成了众多的特性和功能，从而使得电源设计变得非常轻松。

　　

 

　　图1：4A集成FET功率转换器的典型应用示意图。

　　1.内置MOSFET

　　请注意图2具有VIN管脚到LX管脚的高边功率P沟道MOSFET，以及LX管脚到PGND管脚的低边N沟道MOSFET，因此不需要再浪费时间去寻找合适的MOSFET。这些内置MOSFET与驱动电路一起，在开关频率、负载电流、输入电压、温度范围等方面可以满足广泛的应用需求。

　　

　　图2：4A集成FET功率转换器内部电路框图。

　　驱动电路的上升和下降时间约为3ns，在EMI噪声和功耗之间达到了最佳平衡。非重叠时间、高边和低边MOSFET的开/关转换时间(或称死区时间)都得到很好控制，以免出现直通现象。在LX到PGND管脚之间，不需要另外使用肖特基二极管来提高效率。开关波形请见图3a和图3b。

　　
　图3a：LX 开关波形(降压)。

 

　　图3a：LX 开关波形(降压)。