工程师该如何设计降压转换器

本应用中，通常使用几个并联的电解电容器。如果是采用表面贴装，可以选固态钽电容用作降压电容，但是必须仔细核对电容器的浪涌电流等级(浪涌电流通常出现在启动时)。在选择降压转换器系统中的任何电容器时，需要寻找具有小等效串联电容(ESL)、小等效串联电阻(ESR)，最后是所需的总电容。还有，就是根据约算选择最优的器件。对于电容电压等级，还有一点需要注意。为减少难以发现的故障，可以选择电压等级是输入电压的1.2～1.3倍的电容器，也就是说，电压要跨越输入电压的范围。

　　在出现瞬态变化期间，输出电容器必须对输出进行滤波，再向负载提供电流。有趣的是，等效串联电容(ESR)和电压等级比实际容值对选择什么样的电容器影响更大。请注意，来自电感器的峰峰值电流纹波会通过输出电容器的ESR，转换成峰峰值电压纹波。由于系统可能对输出电压纹波有限制，选择一款最小化ESR的电容(或一组并联电容器)就变得十分重要。当然，电容器必须有足够的电压等级。根据这些要求，就可以从供应商的电容器清单中选出最合适的方案。最后要注意的一点是，要对ESR数据加以更多的关注，因为数据表里的ESR数据可能并不是在你所选用的开关频率下得出的。请检查数据表，查看调整过的 ESR数值。

　　一般根据Rds(on)、栅极电荷和热管理需求来选择MOSFET。查看几家制造商的数据表，可以选择象Infineon BSC050N03LS这样的器件，该器件的栅极电荷为35nC，高边MOSFET的Rds(on)为5mΩ。对应地，可以选择Rds(on)为1.6mΩ的低边MOSFET(BSC016)。

　　使环路闭合

　　前面已经讨论过，输出要反馈到输入端，这样就产生了一个补偿环路。补偿的方式有很多种，比如Type I、Type II和Type III。Type I是单极点方案，Type II是带有一个零点的双极点方案，Type III是带有两个零点的三极点方案。每种方案的元器件数量都比前一种要多，不过也使得设计灵活性更好。从性能考虑，通常将这个环路的带宽设置为大约是开关频率的四分之一。环路频率与实际开关频率重叠得越多，环路响应就越快。此外，要确保相位裕量大于30°，小于180°，这是一个典型的稳定性标准。

　　电压模式转换器的设计流程与磁滞降压转换器的流程类似。幸好，高质量的磁滞模式控制使外部器件的寄生效应不那么重要。其他流程也是类似的。

　　下面对设计降压转换器的过程稍加总结。选择完控制器IC后，再选择相应的外部器件。对每种选择方案来说，参数的重要程度是不一样的。选定MOSFET、输出电感器、输入和输出电容器后，再设计补偿电路。

　　人们已经做了大量工作来设计一款良好的降压转换器，而且现在已经有了集成度更高的版本。有些设计集成了MOSFET，有些设计集成了补偿电路，还有的集成了输出电感器，比如Intersil的ISL8201M。用户所需要的只是设定输出电压的电阻、输入电容器和输出电容器，这对忙碌的系统设计者来说的确是个好消息。