一種低價(jià)簡(jiǎn)易電源的設(shè)計(jì)

以圖1為例，Vin=12V，VO=1.8V，L=15μH，

fOSC=150kHz，VRIPPLE=60mV，計(jì)算出的ESR是90mΩ。

輸出電容的ESR會(huì)在輸出負(fù)載電流變化時(shí)產(chǎn)生一個(gè)電壓變化值（VT），為了滿足輸出電壓變化值要求，輸出電容的ESR必須同時(shí)滿足式（5）。

ESR（5）

以圖1為例，如果輸出電壓動(dòng)態(tài)變化值是輸出電壓值的10％（VT=10％×1.8=180mV），如果負(fù)載電流變化值是1A，所需要的輸出電容ESR是180mΩ。為了同時(shí)滿足輸出電壓紋波和動(dòng)態(tài)變化，應(yīng)該選擇最小ESR的電容。所以，在本例中選用90mΩ/1000μF電解電容。

2.3 反饋分壓電阻

上端的反饋分壓電阻可在5～15kΩ之間選擇。下端的電阻值可由式（6）算出。

Rbot=Rtop（6）

在式（6）中，1.25V為SC2618內(nèi)部電壓基準(zhǔn)。以圖1為例，如果Rtop=10kΩ，為得到1.8V輸出電壓，Rbot=22.7kΩ。最終經(jīng)實(shí)驗(yàn)調(diào)整Rbot為22.1kΩ。一般來講Rtop和Rbot應(yīng)選用1％精密電阻。

2.4 輸入電容

輸出滿載時(shí)輸入電容的ESR在電源輸入端所產(chǎn)生的紋波電壓是

ΔvESR=ESRIo（7）

式中：δ為電感上紋波電流與負(fù)載電流的比例。

圖1中δ=20％。假如該電源輸入端能接收500mV的紋波電壓，計(jì)算出來的輸入電容的ESR是130mΩ。為了簡(jiǎn)單可以選擇同樣的1000μF，90mΩ電解電容。

2.5 功率場(chǎng)效應(yīng)管

對(duì)有著高輸入電壓低輸出電壓的同步降壓變換器而言，上端場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通的時(shí)間很短。下端場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通的時(shí)間很長(zhǎng)，但是，下端場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)換電壓幾乎為零。在這樣的應(yīng)用中，柵極電容較?。▋?nèi)阻較大）的場(chǎng)效應(yīng)管適用于上端開關(guān)，柵極電容較大（內(nèi)阻較?。┑膱?chǎng)效應(yīng)管適用于下端開關(guān)。在本例中所用的場(chǎng)效應(yīng)管是通過它的內(nèi)阻（RDSON），柵極電容/電荷，和封裝熱阻（θJA）這3個(gè)參數(shù)來選擇的。利用SC26180.5A內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)柵極電荷為25nC的場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)產(chǎn)生大約50ns的開關(guān)升/降時(shí)間（ts=25nC/0.5A）。ts會(huì)在上端場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的開關(guān)損耗（Ps）如式（8）表示

Ps=IOVINtsfOSC（8）

在圖1中，Ps是0.3W。

由于在上端和下端場(chǎng)效應(yīng)管之間無(wú)重疊傳導(dǎo)，下端場(chǎng)效應(yīng)管漏極和源極的寄生二極管或外部肖特基二極管總是在下端場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通之前導(dǎo)通。下端場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通電壓僅為一個(gè)在漏極和源極之間二極管的電壓。下端場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)損耗為零。上端和下端場(chǎng)效應(yīng)管在導(dǎo)通時(shí)的損耗可由式（9）及式（10）來計(jì)算。

PC_TOP=IO2RdsonD（9）

PC_BOT=IO2Rdson(1－D)（10）

以圖1為例，選用的場(chǎng)效應(yīng)管是AO4812。AO4812上下端導(dǎo)通內(nèi)阻都是28mΩ，在3.5A負(fù)載時(shí)上下端導(dǎo)通損耗是0.35W。整個(gè)AOS4812損耗為0.65W（PLoss=0.3W＋0.35W）。場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)溫可由式（11）來計(jì)算。

TJ=TA＋θJAPLoss（11）

從AO4812手冊(cè)上可查到它最大的結(jié)溫至室溫的熱阻是110℃/W（θJA），在3.5A負(fù)載下AOS4812損耗為0.65W，這時(shí)AO4812SOIC8封裝結(jié)溫在40℃的室溫狀態(tài)下是111.5℃。這數(shù)值遠(yuǎn)小于芯片150℃時(shí)的結(jié)溫限制。

對(duì)于大電流輸出上的應(yīng)用（>3.5A），可以采用低內(nèi)阻抗場(chǎng)效應(yīng)管來限制它的導(dǎo)通損耗，并利用外加散熱器將它的結(jié)溫控制在110℃之內(nèi)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于單輸入電源，SC2618需要一個(gè)由低值電容（0.1μF～1μF，25V）和一個(gè)小信號(hào)二極管（1N4148）的自舉電路，將BST管腳上的電壓提升到輸入電壓以上，作為上端N溝道場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電壓。腳Vcc一般會(huì)用一個(gè)1μF/25V旁路瓷片電容。另外還需要在輸入和腳Vcc之間加一個(gè)低值電阻（2～10Ω）來消除腳Vcc上的噪音。

表1顯示了12V/(1.8V/3.5A)電源在不同負(fù)載電流下的效率。表2顯示了同樣電源在5V輸入電壓下的效率?？梢钥吹酱穗娐吩?.8V輸出電壓應(yīng)用中效率可保持在85％～90％。同樣的電源如果用非同步的芯片效率會(huì)低很多。

表1 12V/(1.8V/3.5A)電源效率

表2 5V/(1.8V/3.5A)電源效率

圖4顯示了12V/(1.8V/3.5A)電源在空載下的波形。最上面的波形是1.8V輸出電壓紋波，測(cè)出來的紋波值是53mV，非常接近前面計(jì)算出來的60mV值。中間波形是上端和下端場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電壓。最下面波形是BST管腳上的電壓。測(cè)量出來的開關(guān)頻率是123kHz。

圖4 12V/(1.8V/3.5A)開關(guān)電源波形(空載)