可ke以yi說shuo同tong步bu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi一yi般ban都dou用yong於yu將jiang電dian壓ya從cong較jiao高gao的de電dian平ping降jiang至zhi較jiao低di的de電dian平ping。隨sui著zhe業ye界jie轉zhuan向xiang更geng高gao性xing能neng的de平ping台tai，電dian源yuan轉zhuan換huan器qi的de能neng效xiao成cheng為wei設she計ji的de一yi項xiang關guan鍵jian考kao慮lv因yin素su。因yin此ci，重zhong要yao的de是shi理li解jie同tong步bu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi的de基ji礎chu知zhi識shi，以yi及ji怎zen樣yang恰qia當dang地di選xuan擇ze電dian路lu元yuan件jian。

同步降壓轉換器基礎

 

同步降壓轉換器的概念簡單，它產生低於輸入電壓的穩壓電壓
，可以提供大電流，同時將功率損耗降至最低。

圖1 同步降壓轉換器電路圖。

 

同步降壓轉換器包含2顆功率MOSFET
、1顆輸出電感及1顆輸出電容。此特定降壓拓撲結構的名稱來源於它的2顆功率MOSFET的控製方法；導通/關斷(on/off)控製被同步
，以提供經過穩壓的輸出電壓
，並防止2顆MOSFET同時導通。高邊MOSFET(Q1)直接連接至電路的輸入電壓。當Q1導通時
，電流通過它提供給負載。在此期間，低邊MOSFET(Q2)關斷，流過電感的電流增加，為電感電容(LC)濾波器充電。當Q1關斷時，Q2導通
，此時電流通過它提供給負載。在此期間，渡過電感的電流減小
，使LC濾波器放電。當兩顆MOSFET都關斷時，低邊MOSFET提供額外功能，即通過本體二極管對開關節點電壓來鉗位
，以防止高邊晶體管首先關斷時開關電壓(VSW)升至太高的負值。開關節點電壓被LC輸出段弄得更平順，從而在輸出端產生穩壓直流電壓。兩顆MOSFET被同步控製以防止擊穿(shoot-through)，而當高邊及低邊MOSFET同時處於導通狀態時，產生直接對地短路，會發生擊穿現象。高邊MOSFET導通時間決定了電路的占空比(duty cycle)。如果占空比等於1
，那麼高邊MOSFET在全部占空比均處於導通狀態，輸出電壓等於輸入電壓。占空比為0.1表示高邊MOSFET僅有10%時間導通
，產生的輸出電壓約為輸入電壓的10%。

 

 

降壓轉換器功率損耗受多種因素影響

，包括功率MOSFET輸出段
、控製器/驅動器
、反饋回路及轉換器本身的布線。大多數降壓轉換器設計的占空比小於0.5
，而計算機及服務器市場的降壓轉換器標準占空比是0.1至0.2。shejipingtaizhengzhuanxianggenggaokaiguanpinlv，nenggoujianxiaozhuanhuanqichicunjiwaixingyinshu。tongshi，zhuanhuanqibixutigonggenggaoxingnengjigenggaonengxiao。shuchuduanxingnengdafuyingxiangjiangyazhuanhuanqizhengtixingneng。yinci
，zhongyaodeshizhenduitedingyingyongyouhuadianganjidianrongxuanze。

 

 

同tong步bu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi的de輸shu出chu段duan由you電dian感gan及ji電dian容rong組zu成cheng。它ta儲chu存cun及ji為wei負fu載zai提ti供gong能neng量liang，使shi開kai關guan節jie點dian電dian壓ya變bian得de平ping順shun以yi產chan生sheng恒heng定ding輸shu出chu電dian壓ya。電dian感gan選xuan擇ze直zhi接jie影ying響xiang電dian感gan電dian流liu中zhong的de電dian流liu紋wen波bo的de量liang，以yi及ji降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi本ben身shen的de電dian流liu能neng力li。不bu同tong製zhi造zao商shang製zhi造zao的de電dian感gan在zai材cai料liao及ji電dian感gan值zhi方fang麵mian會hui有you差cha異yi，公gong差cha通tong常chang為wei±20%。電感包含固有的直流阻抗(即DCR)
，會影響輸出段的性能。將DCR降至最低，即提升轉換器的整體性能。對於要求大負載電流的應用而言，建議選擇帶低DCR的電感。電感值較低的電感DCR也較低
，但在電感與紋波電流之間有折衷;電感越低
，流過電感的紋波電流越大。必須達到最低電感，以符合特定應用電路的紋波電流要求。

 

輸出電容直接影響轉換器輸出電壓、輸shu出chu反fan饋kui回hui路lu的de響xiang應ying時shi間jian，以yi及ji負fu載zai電dian流liu變bian化hua時shi出chu現xian的de輸shu出chu電dian壓ya過guo衝chong的de量liang。直zhi流liu輸shu出chu端duan存cun在zai紋wen波bo電dian壓ya
，因yin為wei流liu過guo電dian感gan及ji電dian容rong的de電dian流liu上shang升sheng及ji下xia降jiang。增zeng加jia電dian容rong會hui減jian小xiao存cun在zai的de紋wen波bo電dian壓ya的de量liang。然ran而er
，在zai電dian容rong與yu輸shu出chu回hui應ying之zhi間jian存cun在zai折zhe衷zhong。增zeng加jia電dian容rong減jian小xiao輸shu出chu電dian壓ya紋wen波bo及ji輸shu出chu電dian壓ya過guo衝chong，但dan延yan長chang了le使shi輸shu出chu電dian壓ya回hui路lu回hui應ying負fu載zai變bian化hua所suo需xu的de時shi間jian。因yin此ci
，必bi須xu考kao慮lv最zui小xiao電dian容rong，以yi符fu合he轉zhuan換huan器qi的de紋wen波bo電dian壓ya及ji電dian壓ya過guo衝chong要yao求qiu
，同tong時shi維wei持chi足zu以yi快kuai速su回hui應ying負fu載zai變bian化hua的de反fan饋kui回hui路lu。電dian容rong也ye包bao含han寄ji生sheng串chuan行xing電dian阻zu，也ye就jiu是shi等deng效xiao串chuan行xing電dian阻zu(ESR)。ESR影響輸出電壓紋波及轉換器整體能效。因此，設計人員正轉向低ESR設計。表麵貼裝陶瓷電容在要求高性能、小外形因子的係統中正變得盛行。使用並行的多顆電容使設計人員能夠提供係統要求的電容，同時大幅減小等效的ESR。

 

設(she)計(ji)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)輸(shu)出(chu)段(duan)時(shi)，建(jian)議(yi)從(cong)電(dian)感(gan)開(kai)始(shi)。最(zui)小(xiao)電(dian)感(gan)根(gen)據(ju)目(mu)標(biao)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)及(ji)其(qi)它(ta)應(ying)用(yong)電(dian)路(lu)規(gui)範(fan)來(lai)計(ji)算(suan)。一(yi)旦(dan)選(xuan)擇(ze)好(hao)了(le)電(dian)感(gan)，就(jiu)可(ke)以(yi)確(que)定(ding)最(zui)小(xiao)電(dian)容(rong)。在(zai)電(dian)感(gan)與(yu)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)折(zhe)衷(zhong)。目(mu)標(biao)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)越(yue)少(shao)，就(jiu)相(xiang)當(dang)於(yu)最(zui)小(xiao)電(dian)感(gan)越(yue)大(da)。為(wei)了(le)最(zui)佳(jia)化(hua)輸(shu)出(chu)濾(lv)波(bo)器(qi)性(xing)能(neng)
，建(jian)議(yi)設(she)定(ding)20%至40%的目標電感紋波電流。需要計算最大ESR及最小電容
，從而在高邊MOSFET關斷時維持穩壓轉出電壓，以及將輸出電壓上存在的紋波的量降至最低。輸出電壓紋波可以表達為峰值-峰值電壓，或者以電容電壓比(CVR)的形式來表述。輸出電容值及ESR越大，輸出回應負載變化所需經曆的時間就越長。ESR也影響輸出電壓紋波。當高邊MOSFET導通時
，流過電感及電容的電流增加
，輸出電壓也增加。當高邊MOSFET關(guan)斷(duan)時(shi)，流(liu)過(guo)電(dian)感(gan)及(ji)電(dian)容(rong)的(de)電(dian)流(liu)下(xia)降(jiang)，輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)也(ye)下(xia)降(jiang)。為(wei)了(le)提(ti)供(gong)恒(heng)定(ding)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)
，轉(zhuan)出(chu)電(dian)流(liu)增(zeng)加(jia)的(de)量(liang)必(bi)須(xu)等(deng)於(yu)電(dian)容(rong)電(dian)流(liu)減(jian)小(xiao)的(de)量(liang)。因(yin)此(ci)，流(liu)過(guo)電(dian)容(rong)的(de)穩(wen)態(tai)電(dian)流(liu)為(wei)0A。

 

除chu了le顧gu及ji輸shu出chu紋wen波bo電dian壓ya及ji電dian感gan紋wen波bo電dian壓ya對dui輸shu出chu電dian容rong的de影ying響xiang
，也ye必bi須xu顧gu及ji輸shu出chu段duan的de瞬shun時shi負fu載zai回hui應ying能neng力li。同tong步bu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi必bi須xu能neng夠gou回hui應ying負fu載zai電dian流liu變bian化hua，同tong時shi維wei持chi穩wen壓ya輸shu出chu電dian壓ya。當dang負fu載zai電dian流liu從cong較jiao高gao值zhi變bian為wei較jiao低di值zhi時shi
，輸shu出chu電dian壓ya將jiang暫zan時shi增zeng加jia，直zhi到dao轉zhuan換huan器qi能neng夠gou調tiao節jie占zhan空kong比bi，以yi使shi輸shu出chu電dian壓ya返fan回hui至zhi它ta的de穩wen壓ya值zhi。此ci暫zan時shi輸shu出chu電dian壓ya增zeng加jia稱cheng作zuo輸shu出chu電dian壓ya過guo衝chong。當dang負fu載zai從cong最zui大da負fu載zai過guo渡du到dao空kong載zai時shi
，就jiu出chu現xian最zui壞huai情qing況kuang過guo衝chong。輸shu出chu電dian容rong必bi須xu能neng夠gou處chu理li此ci瞬shun時shi條tiao件jian。輸shu出chu電dian壓ya瞬shun時shi回hui應ying與yu輸shu出chu電dian壓ya紋wen波bo之zhi間jian存cun在zai折zhe衷zhong。此ci兩liang項xiang因yin素su必bi須xu平ping衡heng取qu舍she以yi滿man足zu特te定ding應ying用yong需xu求qiu。選xuan擇ze電dian容rong時shi一yi個ge好hao的de經jing驗yan法fa則ze是shi選xuan擇ze值zhi比bi計ji算suan的de最zui小xiao電dian容rong高gao最zui少shao20%的輸出電容，從而顧及到電壓公差。降壓轉換器輸出濾波器設計影響輸出電流紋波、輸出電壓紋波、shuchudianyaguochongyijifankuihuiludeshunshihuiying。yuanjianxuanzeyeyingxiangzhuanhuanqidenengxiao。yingxiangtongbujiangyazhuanhuanqinengxiaodezuidayinsushishuchudianganxuanze。dianganzhijiDCR都會大幅影響性能。

 

由上文總結來說同步降壓轉換器的輸出段在轉換器性能方麵發揮重要作用。為了達到目標紋波電流、輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)電(dian)壓(ya)及(ji)輸(shu)出(chu)過(guo)衝(chong)，必(bi)須(xu)選(xuan)擇(ze)超(chao)過(guo)最(zui)小(xiao)電(dian)感(gan)值(zhi)和(he)最(zui)小(xiao)電(dian)容(rong)值(zhi)的(de)電(dian)感(gan)和(he)電(dian)容(rong)。當(dang)針(zhen)對(dui)特(te)定(ding)應(ying)用(yong)選(xuan)擇(ze)電(dian)感(gan)及(ji)電(dian)容(rong)時(shi)，還(hai)必(bi)須(xu)顧(gu)及(ji)其(qi)它(ta)因(yin)素(su)。輸(shu)出(chu)段(duan)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)針(zhen)對(dui)它(ta)將(jiang)工(gong)作(zuo)的(de)特(te)定(ding)應(ying)用(yong)標(biao)準(zhun)來(lai)設(she)計(ji)而(er)最(zui)佳(jia)化(hua)。電(dian)感(gan)值(zhi)在(zai)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)以(yi)及(ji)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)能(neng)效(xiao)性(xing)能(neng)方(fang)麵(mian)發(fa)揮(hui)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。此(ci)外(wai)
，輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)較(jiao)高(gao)時(shi)，輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)紋(wen)波(bo)也(ye)會(hui)改(gai)善(shan)。轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)能(neng)效(xiao)受(shou)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)感(gan)的(de)DCR大da幅fu影ying響xiang。電dian感gan與yu電dian感gan飽bao和he電dian流liu之zhi間jian存cun在zai折zhe衷zhong。因yin此ci，為wei了le符fu合he或huo超chao越yue紋wen波bo電dian流liu要yao求qiu
，電dian感gan必bi須xu大da於yu計ji算suan的de最zui小xiao電dian感gan值zhi
，而er電dian感gan飽bao和he電dian流liu必bi須xu大da於yu最zui大da負fu載zai時shi轉zhuan換huan器qi的de峰feng值zhi電dian流liu。電dian容rong也ye在zai同tong步bu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi性xing能neng方fang麵mian發fa揮hui重zhong要yao作zuo用yong。輸shu出chu電dian容rong直zhi接jie影ying響xiang電dian壓ya紋wen波bo的de量liang及ji輸shu出chu段duan的de電dian壓ya過guo衝chong。然ran而er，電dian容rong對dui轉zhuan換huan器qi的de能neng效xiao性xing能neng的de影ying響xiang極ji小xiao。