高效率开关电源设计实例 -- 10W同步整流Buck变换器
以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路的设计主要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。
采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用
此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器()。
在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步控制器在系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的(见图20的电路图)。 设计指标
输入电压范围： DC+10～+14V 输出电压： DC+ 额定输出电流：
过电流限制：
输出纹波电压： +30mV(峰峰值) 输出调整： ±1％ 最大工作温度： +40℃ “黑箱”预估值 输出功率： +*2A=(最大) 输入功率： Pout/估计效率=／= 功率开关损耗 * 0．5= 续流二极管损耗： *= 输入平均电流 低输入电压时 ／10V= 高输入电压时： ／14V=0．8A
估计峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A 设计工作频率为300kHz。 电感设计(参见)
最恶劣的工作情况是在高输入电压时。Vin(max)——可能的最大输入电压。 Vout——输出电压。
Iout(min)——最小负载时的电流。 fsw ——工作频率。
式中
电感是个环形表面封装元件，市场上有多种标准表面封装的电感，这里选择的是Coileraft公司的D03340P-333(33μH)。 功率开关和同步整流器MOSFET的选择
功率开关：功率开关要用一个变压器耦合的N沟道功率MOSFET。这里打算使用一个S0-8封装的双N沟道MOSFET，以节省PCB空间。最大输入电压是DCl4V。因此，可以选用VDSS不低于DC+30V、峰值电流是2．8A的MOSFET。
选择过程的第一步是确定所用MOSFET的最大RDS（on），通过热模型可以确定这个值，最大的RDS(on)可由下式得到：同时希望器件的耗散功率小于1W，所以估计的RDS(on)应小于所以选FDS6912A双N沟道MOSFET，它是S0-8封装，10V栅极电压时的导通电阻为28mΩ。
同步二极管：要用一个大约是同步MOSFET连续额定容量的30％的肖特基二极管与MOSFET内部二极管并联，30V时约为0．66A。这里使用MBRSl30，该二极管在流过0．66A时有0．35V的正向压降。
可替换的元件：在写本书时，仙童半导体公司出品了一个集成的肖特基二极管和MOSFET，肖特基二极管直接并在MOSFET的硅片上(syncFET)。SyncFET有一个40mΩN沟道MOSFET，与一个28mΩSyncFET一起封装，型号为FDS6982S。 输出电容(参见)
输出电容值由下列公式确定：
输入和输出滤波电容主要考虑的是流入电容的纹波电流。在这个实例中，纹波电流和电感交流电流是相同的，电感电流最大值限定在2．8A，纹波电流峰峰值为1．8A，有效值大约为O．6A(约为峰峰值的1／3)。
采用表面安装钽电容，因为它的ESR只有电解电容的10％～20％。在环境温度+85C=时，电容将降额30％使用。
。
最佳的电容是来自AVX公司的，它的ESR非常低，因此可以适应很高的纹波电流，但这是很特殊的电容。在输出端可将下列两种电容并在一起。 AVX：
TPSEl07M01R0150 1OOμF(20％)，10V，150mΩ，O．894A(有效值) TPSE107M01R0125 100／μF(20％)，10V，125mΩ，0．980A(有效值) Nichicon：
F750A107MD 100μF(20％)，10V，120mΩ，0．92A(有效值) 输入滤波电容(见)
这个电容要流过与功率开关相同的电流，电流波形是梯形的，从最初的lA很快上升到。它的工作条件比输出滤波电容恶劣得多。可把梯形电流看成两个波形的叠加来估计有效值：峰值1A的矩形波和峰值1．8A的三角波，产生大约1．1A的有效值。
电容值由下式计算：
电压越高，电容值越低。电容由两个1OOμF电容并联而成，它们是： AVX(每个系统需两个)：
TPSl07M020R0085 1OOμF(20％)，20V，85mΩ，1．534A(有效值) TPSl07M020R0200 100μF(20％)，10V，200mΩ，1．0A(有效值) 选择控制IC芯片(U1)
期望的buck控制IC芯片的特性是： 1．直接从输入电压即可启动的能力。 2．逐周电流限制。 3．图腾柱MOSFET驱动器。
4．功率开关和同步整流器MOSFET之间延时的控制。
高效率开关电源设计实例
