多数Buck转换器 (Buck) 包含上桥MOSFET和同步整流MOSFET,根据占空比切换电路开关来产生稳定的平均输出电压。其切换波形再透过外部LC滤波器过滤。
MOSFET是在轮流切换的模式下,所以功耗很低;而藉由控制MOSFET的责任周期,可达到高压降比 (VIN/VOUT)。内部MOSFET的导通电阻 (RDS(ON) ) 会决定Buck转换器的负载能力,而MOSFET的额定电压则决定其最大输入电压。MOSFET的额定电压决定其最大输出电压。切换频率及外部LC滤波器决定输出端的纹波电压。高切换频率的Buck转换器可搭配较小的滤波器,但切换所造成的耗损较高。有些Buck转换器具有脉冲省略模式(Pulse Skipping Mode, PSM),能在轻载时降低切换频率,故能提高轻载时的效率。这对于待机时有省电需求的应用非常重要。
立锜的DC-DC产品组合包含了广泛且不同控制架构的Buck转换器,有电流模式 (CM)、电流模式-恒定导通时间 (CMCOT)、和立锜专有之先进恒定导通时间 (ACOT) 控制架构等。不同的控制架构适用于不同的产品应用和需求。例如,立锜专有之先进恒定导通时间 (ACOT) 控制架构系列产品和CM和CMCOT架构相比,可提供极快速的瞬时响应,为DDR、Core SoC、FPGA和ASIC供电等设备之电源应用的理想选择。
立锜Buck转换器架构比较表关键特性 | CM 电流模式 |
CMCOT 电流模式 恒定导通时间 |
ACOT 先进恒定导通时间 |
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架构 | |||
瞬时&步阶 | |||
VIN/IOUT 范围 |
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负载响应 | 稳健的 | 快速的 | 极快的 |
电流感测 | 电流感测会限制最小导通时间 | 低端电流感测 | 不需要 |
最小导通时间 | 比较长,对低占空比应用有限制 | 比较短,容许低占空比应用 | 较短,容许低占空比应用 |
频率 | 固定频率 | 稳定的平均工作频率 | 稳定的平均工作频率 |
稳定兼容于MLCC | √ | √ | √ |
斜率补偿 | √ | 不需要 | 不需要 |
外部时钟同步 | √ | X | X |
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应用领域 | 适用于工业用、车用以及稳定负载条件的应用 | 适用于需要具有相对稳健的负载响应特性的应用中,和需要较短的最小导通时间的应用 (指较高工作频率结合较大降压比的状况) |
适用于存在极快速负载变化的系统,如DDR、Core SoC、FPPGA和ASIC的应用 |
以下为选择适合您应用的Buck转换器所必须考虑的重点。
哪个输入电压范围最符合您的应用? |
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立锜的Buck转换器依输入电压范围分为3类,以满足不同的应用要求。LV Buck转换器适用于单节锂离子电池以及5V电源供电的应用。
额定18V的HV Buck转换器通常用于从12V供电的应用。 此外,我们还为工业电源或汽车应用提供高达36V输入范围的产品。
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何时选择 Force-PWM 模式或 PSM 模式? |
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对于用于低功率待机模式的电源,最好能尽量提高Buck转换器在轻载时的效率。在全负载范围内,强制PWM型的Buck转换器之开关频率均为固定;也就是,若在轻载时使用高开关频率,则绝大部分的损耗都会是由开关损耗所引起。 |
如何选择合适的开关频率? |
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开关频率较高就能使用较小的电感和电容,且步阶负载的响应较好;然而,会增加开关损耗,且使EMI辐射的频率范围变大。开关频率较高也会限制可实现的最大降压比:最小责任周期受限于转换器的最小导通时间和开关频率:
, so
一般而言,较高输入电压的应用适合使用开关切换频率较低的产品。 |
如何降低BOM成本? |
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选择正确的Buck控制架构,再加上最合适的IC封装,可为您同时节省被动组件和IC的成本。例如立锜科技的ACOT®控制架构可提供卓越的负载瞬态响应特性,让您在缩减了输出电容大小的情况下还能满足您在大负载脉冲下对电压跌落幅度的要求。使用芯片倒装技术的TSOT-23-6封装,由于无需使用接合线(bonding wires),具有极低的RDS(ON) 和极佳的热性能,而成本却维持在最低的水平上。 |
哪个IC封装最适合您的应用? |
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立锜的Buck转换器采用许多类型的封装:从微小型的CSP 1.3x2.1mm、具成本效益的TSOT-23-6、到较大尺寸的TSSOP-14散热增强型。
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外部软启动 立锜所有的Buck转换器都具有软启动功能。在转换器启用后,责任周期会逐渐增加,使输出电压平稳上升,这样可避免因突然对输出电容充电而产生的浪涌电流。有内部软启动的转换器会有一固定的软启动时间。如果应用中需使用非常大的输出电容或需要特定的软启动时间,则最好选择由外部控制软启动的转换器,其软启动时间可由外部电容来设定。 外部补偿 电流模式转换器的误差放大器需要补偿,以确保电路的稳定。II型补偿组件决定转换器的带宽及相位。可外部补偿的转换器,即使在不同类型的输出电容、较宽的输入和输出电压范围的条件下,在要设定所需的带宽和相位边限时,都较有弹性。 可设定频率 有些转换器有设定频率的功能:即开关频率可藉由外部电阻来设定,提供选择最佳开关频率的弹性。 选择高频率可降低纹波、组件尺寸,也有较好的瞬态表现。选择低频率则可提高效率,或降低高阶的谐波。 外部同步输入 有些电流模式转换器具有外部同步输入,使内部频率可与外部频率信号同步,如此可精确设定开关频率(在较敏感频段,可避免噪声),也可同时使多个转换器操作于相同频率。 低压差模式或100% 责任周期模式 许多LV系列之电流模式Buck转换器具有低压差模式之功能:当输入电压下降时,这些Buck转换器会慢慢增加责任周期,而当输入电压低于调节的输出电压时,也会继续导通高侧MOSFET。这种功能特别适合于电池供电的应用;当电池电力几乎耗尽时,能延长电池使用时间。 电源良好(Power Good) 之功能 电源良好 (Power Good) 之功能是监控Buck转换器的输出信号,并告知系统输出电压在特定的工作范围。电源良好 (Power Good),可用于系统初始化、故障保护、或启动程序。 过电流保护 立锜所有的Buck转换器都有过电流保护 (OCP)。当电感电流超过OCP值时,转换器的责任周期会被限制住。若负载继续增加,将导致输出电压下降。然而,在过载发生时,系统会有几种不同的处理方式:
来源:立锜官网 |
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