高频率、高输入DC/DC转换器设计实例

　　瞬态响应是电源性能级别的一个较好指标。我们利用每种电源的波特图来表明高开关频率的对比情况(参见图3)。如图所示，每个电源的相位裕度在45°和55°之间，其表明瞬态响应得到较好的抑制。交叉频率约为开关频率的1/8。使用快速开关DC/DC转换器时，设计人员应确保电源IC误差放大器具有足够的带宽来支持高交叉频率。TPS54160误差放大器的单位增益频宽一般为2.7 MHz。表5显示了实际瞬态响应时间以及电压峰值过冲的相关值。开关频率越高，过冲值便越是更低，原因是更宽的带宽。

　　表 5 瞬态响应

　　表 6 小占空比时抖动与“导通”时间之比

　　抖动考虑

　　高转换比和更高频率时，会存在噪声问题。当选择某个高开关频率时，设计人员应考虑抖动和DC/DC转换器的最小“导通”时间。当占空比较小时，抖动噪声便为开关脉冲的更大百分比。表6显示了48-V到5-V转换比时，抖动与“导通”时间之比。我们假设，在该相位节点上存在0.5-V二极管压降和20-ns抖动。

　　结论

　　设计高频开关转换器时，存在许多折中考虑。本文介绍的一些优点包括更小的尺寸、更快的瞬态响应，以及更小的电压过冲/欠冲。获得这些优点的代价是效率低和散热多。但是，在挑战性能极限的过程中同样也存在许多陷阱，例如：脉冲跳跃和噪声问题。在为高频应用选择一种宽输入电压DC/DC转换器以前，我们应该首先查看制造厂商提供的数据表，以了解一些重要的规范，例如：最小“导通”时间、误差放大器的增益带宽、FET电阻以及FET开关损耗。在这些规范下运行良好的IC价格昂贵，但却对得起它的价格;在设计人员担心如何处理某个棘手的设计问题时，其更加易于使用。