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利用具有LDO特性的DC/DC转换器满足下一代移动应用设计需求(下)

作者:时间:2012-02-13来源:网络收藏

高频开关面临的挑战

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/177908.htm

  我们前面讲过,与高频开关有关的损耗会增加。图4所示为采用2.2uH电感处于传统的2MHz频率下的DC/DC target=_blank>DC/DC的损耗,以及采用0.47uH电感频率为8MHz时的损耗。

  可以明显看出,在传统的DC/DC频率2MHz,开关引起的损耗仅占总体损耗的20%左右。总体损耗约为200mA,是器件的典型输出电流。但在8MHz时,开关损耗会上升到40%以上。降低开关损耗是能够在高频开关的关键,也是能够集成到封装之中的小型电感的前提。

建议解决方案

  Micrel公司推出了它的第一代“L FreeDC/DC,首款产品是MIC3385。它的开关频率是8MHz,电感集成到3mm x 3mm MLF封装之中。在时考虑到降低开关损耗,从而使开关损耗上升导致的效率损失最小。图6所示为MIC3385的简化结构图,图7为实际尺寸。

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图4:2MHz及8MHz开关频率下DC/DC的损耗。

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图6:MIC3385 “L Free”DC/DC的结构简图。

  MIC3385的基本结构是频率恒定的PWM转换器,带有一个并联。在输出负载处于待机时,充当轻负载模式。这种混合式提供了极其出色的噪声性能,并使多能够轻松地过渡到高频。

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图7:MIC3385在3mmx3mm MLF封装中集成了“L-Free”DC/DC转换器。

  如前所述,MIC3385经过优化,可以在较高的频率上开关而且电感值较低。图8显示了结构相同的2MHz转换器与8MHz频率的MIC3385的效率。从中可见,在200mA电流上效率只下降4%。这对于显著降低的尺寸和复杂性来产,是可以接受的折衷。

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图8:MIC3385与MIC2205的效率比较。

  对于高频DC/DC转换来说,除了降低开关损耗以外,还有其它一些挑战。最大的挑战是设计出足够高的带宽的控制回路,以使输出电压在快速瞬载下保持稳定,同时仍采用小型陶瓷输出电容器。MIC3385做了这点,它采用了一种获得专利的方法——通过并联获得所需的高带宽。MIC3385的DC/DC转换器和LDO都提供全输出电流,以允许从一种状态到另一种状态实现几乎无缝的转变;最小的输出电压偏差。图9所示为MIC3385在重负载瞬态条件下的输出电压偏差,并与比较传统的DC/DC方案进行了比较。重负载瞬态条件在器件中是常见现象。可以看出,MIC3385 8MHz架构的表现大大优于传统结构,从而为设计稳定性创造了较大的空间。

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图9:5us之内,从100uA到20mA然后到300mA的负载瞬变条件下,MIC3385与传统的移动DC/DC转换器的比较。

噪声方面的优点

  DC/DC转换器的电感在运行和开关时产生磁场。设计时必须考虑电感的安置,以避免引起干扰。例如,把电感安置在敏感的音频元件附近,可能引起有害的干扰。把它放置在功率放大器附近,则可能降低器件的灵敏度并导致兼容问题.电感越大,这些问题越难以控制。MIC3385的电感较小,安放位置尽可能接近DC/DC裸片。这使高频功率回路尽可能地短,与外部电感的低频DC/DC相比,降低了EMI噪声。这与直觉有点矛盾,因为一般认为较高的频率会产生较大的噪声。

本文小结

  结果显示,第一代8MHz开关频率的DC/DC转换器是可行的,提供了一种有益的解决方案,在移动设计中受到欢迎。该设计显示出低噪声、快速瞬态响应和高效率,所有这些优点都使DC/DC转换器更接近LDO解决方案。

  随着移动设备的功率和尺寸要求继续加强,市场中将出现更多的集成器件。



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