固定頻率PWM微功率DC/DC變換器設(shè)計(jì)

在電池供電的計(jì)算機(jī)，消費(fèi)類產(chǎn)品和工業(yè)設(shè)備中，DC/DC變換器是重要的部件。變換器有兩種類型：線性變換器和開關(guān)變換器。開關(guān)變換器主要有三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：降壓變換器（開關(guān)穩(wěn)壓器將一輸入電壓變換成一較低的穩(wěn)定輸出電壓）；升壓變換器（開關(guān)穩(wěn)壓器將一輸入電壓變換成一較高的穩(wěn)定輸出電壓）；反激變換器（開關(guān)穩(wěn)壓器將一輸入電壓變換成一較低的穩(wěn)定反相輸出電壓）。

在此用Motorola的MC33466微功率開關(guān)穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)降壓變換器、升壓變換器和反激變換器。MC33466器件具有非常低的靜態(tài)偏置電流（典型值15μA），含有高精度電壓基準(zhǔn)、振蕩器、脈寬調(diào)制（PWM）控制器、驅(qū)動(dòng)晶體管、誤差放大器、反饋電阻分壓器等。

MC33466變換器工作如同一個(gè)固定頻率電壓模式穩(wěn)壓器。變換器工作在非連續(xù)模式，在晶體管開關(guān)導(dǎo)通期間，電感電流躍變到峰值大于或等于dc輸入電流的兩倍值。在晶體管開關(guān)的關(guān)閉期間，電感電流躍變到零，直到另一個(gè)轉(zhuǎn)換周期開始為止。

因?yàn)檩敵鲭妷憾艘餐瑯幼鳛殡娫措妷簛頌閮?nèi)部電路供電，所以在降壓變換器和反激變換器設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)外部啟動(dòng)電路為集成電距開始轉(zhuǎn)換提供起始功率。

圖1、圖2和圖3分別為用MC33466設(shè)計(jì)的升壓變換器、降壓變換器和反激變換器。在圖3和圖3中的啟動(dòng)電路用三個(gè)分立元件組成。

在變換器設(shè)計(jì)中必須選擇下列參數(shù)：

Vin--額定工作的dc輸入電壓

Vo--所希望的dc輸出電壓

Io--所希望的dc輸出電流

Vripple(pp)--所希望的峰-峰輸出波紋電壓。為使性能最佳，波紋電壓應(yīng)該保持一低數(shù)值一，因?yàn)樗鼘⒅苯佑绊戨娫措妷赫{(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。

D--工作占空因數(shù)，等于ton（fs）。對于升壓和反激應(yīng)用此參數(shù)必須選擇小于0.5。

在變換器設(shè)計(jì)中，電路參數(shù)的設(shè)計(jì)公式示于表1。

下面給出一個(gè)降壓變換設(shè)計(jì)的實(shí)例。

具體要求是：Vin=8.0V，輸出電壓3.3V（300mA），輸出紋波小于300mVpp,Ro=Vo / Io=10Ω。

因?yàn)檫@是一個(gè)非連續(xù)模式設(shè)計(jì)，所以DVo / Vin = 3.3 / 8 =0.41，選擇DVO / Vin=0.33 / 8 =0.41,選擇D=0.33。

ton≈D / fs =0.33 / (50kHz)=6.6μs

L(Vin-Vo)(ton) / 2Io=(8-3.3)(6.6μs) / [2(0.3)]=51.7μH

選擇L=47μH

IL(pk)=(Vin-Vo)(ton) / L=(8-3.3)(6.6μs) / (47μH)=660mA

ESRVripple(pp) / IL(pk)=(300mV) / (660mA)=0.455Ω

選擇Co為兩個(gè)330μF鉭片電容器。每個(gè)電容額定ESR（等效串聯(lián)電阻）為0.9Ω。

一個(gè)完整的電路圖示于圖2。