搭配电感拓扑，利用小讯号MOSFET降低电源转换功耗

端MOSFET Q1关闭，则电感上的电流会增大，可由公式7计算：

　　图4 DC-DC升压转换器架构图

　　ΔIL=VIN×ton.。。。。。（7）

　　由于阳极接地且阴极连接至C2的正电压VOUT，二极体D1以反相模式驱动，若开关关闭，则电流IL继续流经D1至输出；若转换器在静态模式下工作，则可根据公式8、9、10计算：

　　ΔIL=VIN/L×ton=（VOUT–VIN）/L×toff.。。（8）

　　VIN×ton=（VOUT–VIN）×toff 。。。。。（9）

　　VOUT=VIN×（ton/toff+1）。。。。。。（10）

　　工作週期为D=ton/T；T=ton+toff。

　　等式的极端情况表示当D=0，即电晶体从未开启时，输出电压等于输入电压。这时须考虑无损耗元件，意味着二极体无正向电压，且电感无绕组欧姆电阻和先前讨论的额外损耗机制。若D接近1，则输出电压将快速上升，这对于安全运行将有重大影响，因为高工作週期会造成MOSFET汲极电压偏高。

　　图5表示SPICE模拟，低端开关整合采用SOT23封装的N通道MOSFET及萧特基二极体，转换器开关采用100kHz控制讯号，工作週期为0.5。至于图6表示模拟结果，其中的曲线2代表输出电压，对理想元件而言，由于工作週期为0.5，输出电压将等于输入的两倍。

　　图5 DC-DC升压转换器SPICE模拟图

　　图6 DC-DC升压转换器电流、电压模拟数据

　　实际上，二极体的正向电压会降低输出电压，曲线1表示N通道MOSFET的汲极电压VD，其在接地电压和VD（最大值）之间切换，可由公式11表示：

　　VD（max）=VIN×1/（1–D）+VF 。。。（11）

　　在本模拟案例中，工作週期D=0.5，VD（max）=2×VIN+VF。

　　小讯号MOSFET提高电路转换效率

　　类似DC-DC降压转换器的设计，若将萧特基二极体替换为MOSFET，同样可提高升压转换器的效能，在开关週期的电流相位中开启。图7表示同步DC-DC升压转换器的拓扑，其应用印刷电路板（PCB）架构中，采用整合恩智浦（NXP）小讯号MOSFET的DC-DC降压转换器，因该MOSFET以SOT457、SOT23、SOT223和DFN2020MD-6（SOT1220）等小型表面组装元件（SMD）技术封装，将可提供极低的导通电阻及良好开关性能。

　　图7 同步DC-DC降压转换器架构图

　　该印刷电路板拓扑亦采用凌力尔特（Linear Technology）的控制器，以两个N通道MOSFET构成开关层级，为让高端开关能通过电感连接节点，直达输入电源，必须进一步使用高于输入电压本身的控制电压。

　　此一额外的电压用于上级MOSFET的闸极控制，通过电荷帮浦产生，电容C25连接至开关节点、开关后的输出，并通过萧特基二极体连接稳定电压INTVCC（接脚12）；INTVCC由内部5伏特低压差线性稳压器（LDO）提供。

　　当低端开关打开时，电容通过二极体充电，本例中，C25的一端接地，若Q2关闭、Q1打开，则充电后的电容连接至VIN，在接脚BOOST（接脚14）处，可测量电压VIN+INTVCC–VF（二极体的正向电压）。儘管此一升压设计可正确驱动高端开关，但对于电荷帮浦而言，使用低电流萧特基二极体便已足够。

　　该设计采用的控制器还整合0.8伏特精密基準电压源，用于输出电压调节。降压转换器的输出返回至FB接脚。由R41+ R39和R38组成的电阻分压器调节输出电压，可由公式12计算：

　　VOUT=0.8V×（1+（R41+R39）/R38）。。。（12）

　　假设控制器以恆定频率工作，在高电流情况下可轻鬆控制DC-DC降压转换器的输出电压，但于低电流情况下对控制要求则升高，须大幅调整工作週期，或将控制器转换为另一种控制模式，如高负载模式。该控制器有强制连续、高负载和脉衝跳跃叁种工作模式；其中，高负载模式具有高效率优点，但涟波更大且电磁干扰（EMI）严重，最合适的模式须取决于终端应用的规格和需求。

　　可编程设计的开关频率范围为250k？ 750kHz，频率由电阻R30决定，控制器也可将内部振盪器与外部时鐘源同步（MODE/PLLIN，接脚1）。该模式下，RC网路须与接脚2（FREQ）相连，做为锁相迴路（PLL）滤波器。
　　掌握电压/电流涟波设计　中功率DC-DC转换效率增

　　DC-DC转换器有多种应用，具备外部MOSFET级的降压转换器控制器拓扑常用于运算和消费性电子产品中。新一代系统单晶片（SoC）解决方案须用到许多独立的电源电压，以提供主机板、笔记型电脑、平板装置、电视或机上盒（STB）等装置优异的电源管理方案。

由于电源範围最高可达数百瓦，最低仅数瓦，在桌上型电脑中，DC-DC转换器须提供高达100安培的电流和130瓦功率，开关级MOSFET採用无损封装（LFPAK）或QFN 5×6封装的趋势也逐渐盛行，一般笔电和小