高效DC-DC轉(zhuǎn)換器，占用面積等同于LDO
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在注重成本的應(yīng)用中，普遍選用LDO穩(wěn)壓器從3.3V輸入產(chǎn)生1.5V/3A輸出。由于LDO需要耗散很大功率(5.4W)，必須選擇TO220或D2PAC封裝。為降低功耗，在低端服務(wù)器設(shè)計中開始用開關(guān)調(diào)節(jié)器取代LDO穩(wěn)壓器。然而，現(xiàn)有的LDO設(shè)計電路板空間非常有限，多數(shù)情況下，這個空間對于一個完整的開關(guān)調(diào)節(jié)來說過于擁擠。例如，兩個1206 陶瓷電容和D2PAC封裝的LDO穩(wěn)壓器占用面積約為18mm x 14mm。要將一個開關(guān)調(diào)節(jié)器裝配到這么小的面積內(nèi)非常困難，特別是在需要外部MOSFET的情況下。
MAX8505是一款高效率、PWM降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器，內(nèi)置高邊MOSFET和低邊MOSFET，采用16引腳、QSOP封裝(5mm x 6.5mm)。1MHz的開關(guān)頻率允許輸入濾波器和輸出濾波器使用小尺寸電感和陶瓷電容，占位面積極小。圖1所示是完整的MAX8505應(yīng)用電路。MAX8505可接受5V或3.3V輸入，并提供1.5V/3A輸出。典型瞬態(tài)電流峰值為5.6A。主要的電路元件能夠安裝在16mm x 14mm面積內(nèi)，甚至可以獲得比LDO穩(wěn)壓器占位面積更小的方案。器件的總功耗僅為0.67W，與LDO相比可保留幾乎的5W功率。表1提供了0.9V、1.5V、2.0V及2.5V輸出時對應(yīng)的反饋電阻值。
圖1. MAX8505內(nèi)置開關(guān)的降壓調(diào)節(jié)器
表1. 特殊電壓下的反饋電阻
| VOUT | R3 | R2 |
| 0.9V | 10kΩ | 1.24kΩ |
| 1.5V | 10kΩ | 8.66kΩ |
| 2.0V | 10kΩ | 15kΩ |
| 2.5V | 10.5kΩ | 22.1kΩ |
圖2所示為MAX8505 PCB布局圖的頂層，右側(cè)是D2PAC封裝器件，以供參考。PCB頂層包含大量元件：MAX8505、L1、C1、C2和C4。7個額外的小型(0603封裝)元件放置在板子的底層，這些元件放置不是很重要。
圖2. MAX8505開關(guān)調(diào)節(jié)器的圖片，右側(cè)為D2PAC封裝器件，用于比較。
表2列出了LM317、MAX8505和外置MOSFET的典型控制器在功耗、占位面積和外部元件數(shù)量方面的比較。MAX8505需要最小的電路板面積，并提供最高的效率。階躍負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)如圖3所示。輸出紋波電壓小于10mV，請參見圖4。表3給出了MAX8505的材料清單。
表2. LM317 LDO、MAX8505和外置MOSFET典型控制器IC的比較情況
| Parameters | LDO (LM317) | MAX8505 | Typical Controller IC |
| Efficiency (%) | 45.5 | 87 | 76 |
| Power Dissipation (W) | 5.4 | 0.67 | 1.42W |
| Total Components | 5 | 12 | 11* |
| Area (mm x mm) | 18 x 14, Single Side | 16 x 14, Double Side | – |
| Conditions: 3.3V to 1.5V at 3A, design for adjustable output | |||
| * 11 components are needed to achieve less than 10mV output ripple voltage. | |||
圖3. 階躍負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)：由0.5A躍變至2A, 然后返回到0.5A
圖4. Lx開關(guān)波形和輸出紋波電壓
表3. MAX8505材料清單
| Designation | QTY | Description | Part Number |
| C1 | 1 | Input capacitor, 1206 | 10μF/6.3V |
| C2 | 1 | Output capacitor, 1210 | 47μF/6.3V |
| C3 | 1 | Decoupling capacitor, 0603 | 0.1μF/6.3V |
| C4 | 1 | Snubber capacitor, 0603 | 3300pF/50V |
| C5 | 1 | Compensation capacitor, 0603 | 220pF/50V |
| C6 | 1 | Decoupling capacitor, 0603 | 0.22μF/6.3V |
| R1 | 1 | Compensation resistor, 0603 | 51.1kΩ, 1% |
| R2 | 1 | Voltage set resistor, 0603 | See Table 1 |
| R3 | 1 | Voltage set resistor, 0603 | See Table 1 |
| L1 | 1 | 2.2μF/7A SMD inductor, 6.3mm x 6.2mm x 2.5mm | Toko |
| D1 | 1 | Small signal diode | 1N4148 or CMDSH-3 |
| IC1 | 1 | 3A internal switch regulator | MAX8505 |
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