利用具有LDO特性的DC/DC轉換器滿足下一代移動應用設計需求(下)
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高頻開關面臨的挑戰(zhàn)
本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/177908.htm我們前面講過，與高頻開關有關的損耗會增加。圖4所示為采用2.2uH電感處于傳統(tǒng)的2MHz頻率下的DC/DC轉換器 target=_blank>DC/DC轉換器的損耗，以及采用0.47uH電感頻率為8MHz時的損耗。
可以明顯看出，在傳統(tǒng)的移動DC/DC頻率2MHz，開關引起的損耗僅占總體損耗的20%左右?？傮w損耗約為200mA，是移動器件的典型輸出電流。但在8MHz時，開關損耗會上升到40%以上。降低開關損耗是能夠在高頻開關的關鍵，也是能夠集成到封裝之中的小型電感的前提。
建議解決方案
Micrel公司推出了它的第一代“L Free”DC/DC轉換器，首款產(chǎn)品是MIC3385。它的開關頻率是8MHz，電感集成到3mm x 3mm MLF封裝之中。在設計時考慮到降低開關損耗，從而使開關損耗上升導致的效率損失最小。圖6所示為MIC3385的簡化結構圖，圖7為實際尺寸。
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圖4：2MHz及8MHz開關頻率下DC/DC轉換器的損耗。 |
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圖6：MIC3385 “L Free”DC/DC轉換器的結構簡圖。 |
MIC3385的基本結構是頻率恒定的PWM轉換器，帶有一個并聯(lián)LDO。在輸出負載處于待機時，LDO充當輕負載模式。這種混合式設計提供了極其出色的噪聲性能，并使多能夠輕松地過渡到高頻。
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圖7：MIC3385在3mmx3mm MLF封裝中集成了“L-Free”DC/DC轉換器。 |
如前所述，MIC3385經(jīng)過優(yōu)化，可以在較高的頻率上開關而且電感值較低。圖8顯示了結構相同的2MHz轉換器與8MHz頻率的MIC3385的效率。從中可見，在200mA電流上效率只下降4%。這對于顯著降低設計的尺寸和復雜性來產(chǎn)，是可以接受的折衷。
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圖8：MIC3385與MIC2205的效率比較。 |
對于高頻DC/DC轉換來說，除了降低開關損耗以外，還有其它一些挑戰(zhàn)。最大的挑戰(zhàn)是設計出具有足夠高的帶寬的控制回路，以使輸出電壓在快速瞬載下保持穩(wěn)定，同時仍采用小型陶瓷輸出電容器。MIC3385做了這點，它采用了一種獲得專利的方法——通過并聯(lián)LDO獲得所需的高帶寬。MIC3385的DC/DC轉換器和LDO都提供全輸出電流，以允許從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)實現(xiàn)幾乎無縫的轉變；具有最小的輸出電壓偏差。圖9所示為MIC3385在重負載瞬態(tài)條件下的輸出電壓偏差，并與比較傳統(tǒng)的DC/DC方案進行了比較。重負載瞬態(tài)條件在移動器件中是常見現(xiàn)象?？梢钥闯?MIC3385 8MHz架構的表現(xiàn)大大優(yōu)于傳統(tǒng)結構，從而為設計穩(wěn)定性創(chuàng)造了較大的空間。
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圖9：5us之內，從100uA到20mA然后到300mA的負載瞬變條件下，MIC3385與傳統(tǒng)的移動DC/DC轉換器的比較。 |
噪聲方面的優(yōu)點
DC/DC轉換器的電感在運行和開關時產(chǎn)生磁場。設計時必須考慮電感的安置，以避免引起干擾。例如，把電感安置在敏感的音頻元件附近，可能引起有害的干擾。把它放置在功率放大器附近，則可能降低器件的靈敏度并導致兼容問題.電感越大，這些問題越難以控制。MIC3385的電感較小，安放位置盡可能接近DC/DC裸片。這使高頻功率回路盡可能地短，與具有外部電感的低頻DC/DC相比，降低了EMI噪聲。這與直覺有點矛盾，因為一般認為較高的頻率會產(chǎn)生較大的噪聲。
本文小結
結果顯示，第一代8MHz開關頻率的DC/DC轉換器是可行的，提供了一種有益的解決方案，在移動設計中受到歡迎。該設計顯示出低噪聲、快速瞬態(tài)響應和高效率，所有這些優(yōu)點都使DC/DC轉換器更接近LDO解決方案。
隨著移動設備的功率和尺寸要求繼續(xù)加強，市場中將出現(xiàn)更多的集成器件。
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