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(多图) 如何设计面向大降压比应用的同步降压转换器

美国国家半导体 TK Man LK Wong?? 2009年03月20日 ?? 收藏0

  同步稳压器的设计

  与两级转换相比,宽输入范围和低反馈电压的同步降压转换器具有更高的效率、更小的尺寸和更经济的成本。例如LM3103,它是 LM310x系列产品中的一款,属于美国国家半导体的PowerWise产品系列。LM3103的输入电压可高达42V,输出电压可低至0.6V。因此,对于要求高降压比的应用来说,LM3103无疑是最佳的解决方案。为了进一步减少元件数量, LM3103还把MOSFET嵌入到内部,并采用一种恒定导通时间控制方法,省略了补偿电路。因此,转换器的设计就简化为对一些元件进行简单调节。下文将详述如何对元件进行调节。

  图4所示为一个1.2V输出电压的LM3103原理图。图中的电容 CIN 和 COUT 为降压电容器, CIN3、COUT3则分别用来过滤高频噪声。至于CSS 和CBST 则用于软启动和自举功能, CVCC 和CFB则分别用作内部调节器和帮助反馈输出纹波。设计所需的其他元件如下:

  •   用于输出电压的RFB1 和RFB2;
  •   用于工作频率的RON;
  •   与电感器电流纹波相关的L。

如何设计面向大降压比应用的同步降压转换器图示

点击看原图

图4 1.2V输出的LM3103原理图

  输出电压

  由于LM3103的内部参考电压等于0.6V,输出电压VOUT和由RFB1 和 RFB2组成的分阻器之关系如下:

公式

  因为VOUT = 1.2V,我们可选择RFB2 = 10kΩ,那么RFB1可通过下式进行计算:

公式

  工作频率

  电阻器RON 用于决定转换器的导通时间,而该导通时间是与工作频率fSW成直接关系,并在LM3103中被编程成高至1MHz 。一旦fSW被确定,那RON便可通过下列算式计算出来:

公式

  在图4中, fSW 设定为550kHz,因此计算出的RON等于26.3kΩ。

  电感器电流纹波

  LM3103需要约0.3A的电感器电流纹波。电感器的电流纹波与输入电压、输出电压以及工作频率有密切的关系。L的计算公式如下:

公式

  在设计中把VIN定为 12V,则计算出来的L便等于6.55μH。

  元件的选择应基于以上计算和图4中所示的实际数值。LM3103应用电路的效率曲线已在图3中展示出来。对比图2与图3,便会发现 LM3103的单级转换效率比起两级转换的整体效率高出了5到10%。表1对LM3103和两级转换进行了比较。从表中可以看出,在效率、元件数量和方案尺寸方面,LM3103都比两级转换有优势。

表1 LM3103与两级转换的对比

LM3103与两级转换的对比


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降压转换器? LM3103? PowerWise? 纹波?

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