功率设计部分问题解答:超低压DC/DC转换器IC
mass_lynnxy2006/11/02电子技术 IP:广西
问:为什么需要超低电压DC/DC转换器

答:由半导体行业协会(SIA)发表的《国际半导体技术路线图(ITRS)》预计,从目前到2016年这段时间内,IC的工作电压和工作电流将分别呈下降和上升的趋势。2004年,低压IC的工作电压是1.0V。下图显示的是预测的从2003年到2016年的IC工作电压走势,根据预测,到2016年,IC的工作电压将降低为0.5V。

问:超低电压的定义是什么?

答:尚没有标准的超低电压定义,但目前半导体行业通用的标准是1.0V以下。

问:降低工作电压有何意义?

答:在降低功耗的同时,低工作电压还可在单一芯片上整合进更多晶体管。这涉及缩短晶体管沟道长度、改进门绝缘特性以达到更高的电路密度,从而缩小相临晶体管间的空间。

问:超低压DC/DC转换器功效的重要性是什么?

答:对于电池的使用时间,功效是至关重要的因素,即IC转换器的功效越高,电池一次充电的使用时间就越长。对于转换器的待机、关断和工作模式,高功效和低电流很重要。

问:DC/DC转换器IC为增加功效采取了哪些手段?

答:如将MOSFET功率开关和同步整流器整合进单一IC内,则可取得很高功效。在超低电压工作条件下,与传统肖特基整流器相比,利用MOSFET的同步整流器具有更高的功效。

问:开关频率对转换器IC效率有什么影响?

答:高开关频率允许使用体积更小的外接元件。但转换器IC的功率MOSFET必须在该频率下高效工作。这意味着更快的上升和下降时间及低的导通阻抗。转换器IC使用的外接电感在该频率和负载电流下必须具有最小的损耗。

问:转换器IC如何改进其工作效率?

答:许多转换器IC能工作在两个模式:大负载电流和小负载电流模式。在正常负载情况下,它们以传统的脉宽调制(PWM)方式工作,当负载电流变小时,则切换至第二种工作模式。在小负载电流条件下,它们还可在脉频模式(PFM)和脉跳模式(转换器IC跳过若干时钟周期)间切换。

问:在便携式系统中,电池电压对转换器IC的设计有怎样的影响?

答:锂离子电池的典型输出电压在2.7V到4.2V之间,目前许多便携式系统都选择采用这种电池。所以,任何由锂电池供电的IC,当将其输出降至1V以下时,必须能高效工作。

问:电池电压下降时,转换器IC如何保护其关联系统?

答:许多转换器IC具有欠压关闭(UVLO)功能。当电池压降超过一个特定阀值时,UVLO功能将关闭转换器IC,从而保护关联系统。许多UVLO功能在开启和关闭电压两个值间留有余量。例如,一款转换器IC的启动和关闭电压阀值分别为3.5V和2.7V。

问:如何改变以开关模式工作的转换器IC的输出电压?

答:许多固定输出的转换器IC能降低输出电压,同时还保持稳压调节功能。可在输出端串接两个电阻来实现电压调节功能。将两个电阻接点处的电压反馈至该转换器IC的误差放大器。其可调整的高低电压范围取决于外接电阻、内部参考电压和该转换器IC的特性。另一种调整输出电压的方式是通过选择不同管脚来实现的,设计师可以通过短接不同的IC管脚来改变输出电压。

问:如何避免转换器IC汲取过大电流?

答:过电流输出的防止需要一种检测这种电流的方法。一种方法是在转换器的输出电路中加装一个低阻抗电流感应电阻。另一种方法是采用一个可监控漏极电流的功率MOSFET管。无论采用哪种方法,当输出电流超过预先设定的阀值时,转换器IC都将被关闭。

作者:Sam Davis,特约编辑,《Electronic Design》


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