降压转换器

图1显示了降压开关稳压器的基本原理，即同步降压转换器。 “同步降压”是指使用MOSFET作为低侧开关。
相应地，标准降压调节器使用肖特基二极管作为低侧开关。同步降压稳压器的主要优点是它比标准降压稳压器更有效，因为MOSFET的电压降低于二极管的电压降。
低侧和高侧MOSFET的时序信息由脉冲宽度调制（PWM）控制器提供。控制器的输入是从输出反馈的电压。
这种闭环控制允许降压转换器根据负载调节输出。 PWM模块的输出是用于提高或降低开关频率的数字信号。
该信号驱动一对MOSFET。信号的占空比决定了输入直接连接到输出的导通时间百分比。
因此，输出电压是输入电压和占空比的乘积。虽然设备的开关频率有时是固定的，但有必要讨论开关频率问题。
主要的权衡因素是效率。简而言之，MOSFET具有确定的导通和关断时间。
随着频率的增加，转换时间占总时间的百分比增加。结果：效率降低。
如果效率是最重要的设计目标，请考虑降低开关频率。如果系统足够有效，则可以使用更高的开关频率。
在更高的频率下，可以使用更小的外部无源元件，即输出电感器和电容器。设计离散解决方案非常困难，需要大约40台设备，这是一项复杂的任务，需要大量额外的工作。
在设计电压模式降压控制器时，外部器件及其寄生效应会对系统性能产生很大影响。在讨论每个设备时，我们将添加更多详细信息。
有了这个特殊的降压转换器，我们必须选择五个附加器件，包括输入电容器，输出电容器，输出电感器，高侧和低侧MOSFET。选择输出电感时，可满足输出纹波要求，并降低PWM对瞬态负载的响应时间。
电感检测的下限由纹波要求决定。在寻找最小（也可能是最便宜）的电感器之前，请记住电感器不是完美的器件。
实际电感具有饱和水平。饱和度必须高于系统中的峰值电流才能设计出成功的产品。
经验丰富的设计人员也明白，感测值不是随当前不变的常数。实际上，流过器件的电流越大，灵敏度越低。
请检查电感数据表，确保您选择的灵敏度足以满足系统中的峰值电流。可以在更大的水平上做出的错误是选择最好的电感器，尽管仍然需要谨慎。
较大的电感会降低输出纹波，但也会限制压摆率。最终，大型电感器限制了负载瞬态的响应时间。
因此，在选择电感时，有必要通过在较低的峰峰值纹波电流条件下选择更安静的输出或系统是否需要快速响应瞬态事件来做出明确的折衷。输入电容负责吸收高端MOSFET输入电流的交流分量。
因此，其RMS电流容量必须足够大，以处理由高端MOSFET吸收的AC分量。由于质量和低温度系数，陶瓷电容器可以解耦高频元件。
降压电容提供较低的频率RMS电流，具体取决于占空比（当系统占空比大于50％时，RMS电流越大）。降压电容器可以是几个多层陶瓷电容器。
然而，在低成本应用中，通常使用多个并联的电解电容器。如果使用表面贴装，可以选择固态钽电容作为降压电容，但必须仔细检查电容的浪涌电流额定值（启动时通常会出现浪涌电流）。
在降压转换器系统中选择任何电容时，请寻找小的等效串联电容（ESL），小的等效串联电阻（ESR），最后是所需的总电容。此外，基于预算选择最佳设备。
电容器电压水平还有一点需要注意。为了减少难以发现的故障，您可以选择额定电压为输入电压的1.2到1.3倍的电容，即电压应该跨越输入电压范围。