作者：richard nowakowski和brian king, 德州儀器

    由于能小縮減輸出電容器和感應(yīng)器尺寸從而節(jié)省板空間，具有更快轉(zhuǎn)換頻率的直流-直流（dc/dc）轉(zhuǎn)換器正變得越來越受歡迎。而另一方面，由于處理器內(nèi)核電壓降至1v以下，任務(wù)周期縮短了，在更快頻率下很難獲得低電壓，使得負載點電源的需求不斷增加。

    很多電源ic供應(yīng)商都在積極地推銷號稱能節(jié)省空間的更快的dc/dc轉(zhuǎn)換器。一個dc/dc轉(zhuǎn)換器能夠以1mh在甚至2mhz的頻率轉(zhuǎn)換，這聽起來似乎很不錯，但是在考慮電源系統(tǒng)的時候，不能光看到尺寸和效率。下面我們來看幾個例子，這幾個例子都顯示了轉(zhuǎn)換頻率更高時的優(yōu)點和缺點。

    選擇一個應(yīng)用

    我們設(shè)計并構(gòu)建了三種不同電源來展示高速轉(zhuǎn)換頻率的利弊。這三種電源的輸入電壓都是5v，輸出電壓都是1.8v，輸出電流3a。這是dsp、asic和fpga等性能處理器的通用要求。為了限定濾波器設(shè)計和性能，允許的波紋電壓設(shè)在20mv，大約是輸出電壓的1％；峰至峰感應(yīng)器電流設(shè)為1a。

    我們來對比一下這三種頻率分別為的350, 700和1600 khz的電源的利弊。三種方案都使用頻率1.6 mhz、低電壓、帶mosfet的tps54317型3 a同步降壓dc/dc轉(zhuǎn)換器作為調(diào)壓器。

    tps54317產(chǎn)自德州儀器，具有可編程頻率和外置補償，專門用于高密度處理器電源負載點應(yīng)用。

    選擇感應(yīng)器和電容器

    感應(yīng)器和電容器都是依照下面的簡單公式來選擇的：

    equation 1:

    v = l x di/dt

    rearranging: l ≥ vout x (1-d)/(δi x fs)

    where: δi = 1 a peak-to-peak; d = 1.8 v/5 v=0.36

    等式1：

    v = l x di/dt

    rearranging: l ≥ vout x (1-d)/(δi x fs)

    此處 δi = 1 a峰至峰; d = 1.8 v/5 v=0.36

    等式2:

    i = c x dv/dt

    rearranging: c ≥ 2 x δi/(8 x fs x δv)

    此處 δv = 20 mv, i = 1 a 峰至峰

    等式2中假定使用了一個有可忽略串聯(lián)電阻的電容器－陶瓷電容器即是如此。由于它的低電阻和小尺寸，三種方案都選用了陶瓷電容器。上面等式2中2的乘數(shù)是隨dc偏置出現(xiàn)的電容降，因為這一影響沒有算在大多數(shù)陶瓷電容器的數(shù)據(jù)表內(nèi)。

    圖1的電路用來評估測試臺上每個方案的性能

    圖1：tps54317參考示意圖

    在示意圖中沒有數(shù)值的元件就是在各個方案中被更改的元件。輸出濾波器由l1和c2組成。三種方案中所有這些元件的數(shù)值都在表格1中列出，并根據(jù)上面等式結(jié)果來選擇。

    表格1：頻率分別為350khz, 700khz,和1600 khz時的電容器和感應(yīng)器選項

    必須注意，隨著頻率的增加，每個感應(yīng)器的dc電阻會減小。這是因為圈數(shù)越少所需的銅線長度就越小。誤差放大器補償元件則根據(jù)每個轉(zhuǎn)換頻率而單獨設(shè)計。本文暫不討論如何選擇補償數(shù)值。

    最小啟動時間

    數(shù)字轉(zhuǎn)換器－數(shù)字轉(zhuǎn)換器集成電路（ic）在最小可控制啟動時間上有限值，即脈寬調(diào)制（pwm）電路可獲得的最窄脈寬。在降壓轉(zhuǎn)換器中，場效應(yīng)晶體管(fet)在一個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)處于開啟狀態(tài)的時間比成為任務(wù)周期，等于輸出電壓和輸入電壓之比。

    上面例子中的tps54317型轉(zhuǎn)換器任務(wù)周期為0.36 (1.8v/5.0v)，最小啟動時間為數(shù)據(jù)表中所示的150ns（最大值）�？煽刂泼}寬的限制產(chǎn)生了可獲得的最小任務(wù)周期，根據(jù)等式3可以很容易算出來。一旦知道了最小任務(wù)周期，就可以計算出最低可獲取輸出電壓，如等式4和表格2中所示。最低輸出電壓也受到轉(zhuǎn)換器參考電壓限制，tps54317的最低輸出電壓為0.9v。

    等式3:

    最小任務(wù)周期＝最小