固定頻率PWM微功率DC/DC變換器設計

在電池供電的計算機，消費類產品和工業設備中，DC/DC變換器是重要的部件。變換器有兩種類型：線性變換器和開關變換器。開關變換器主要有三種拓撲結構：降壓變換器（開關穩壓器將一輸入電壓變換成一較低的穩定輸出電壓）；升壓變換器（開關穩壓器將一輸入電壓變換成一較高的穩定輸出電壓）；反激變換器（開關穩壓器將一輸入電壓變換成一較低的穩定反相輸出電壓）。

在此用Motorola的MC33466微功率開關穩壓器來設計降壓變換器、升壓變換器和反激變換器。MC33466器件具有非常低的靜態偏置電流（典型值15μA），含有高精度電壓基準、振蕩器、脈寬調制（PWM）控制器、驅動晶體管、誤差放大器、反饋電阻分壓器等。

MC33466變換器工作如同一個固定頻率電壓模式穩壓器。變換器工作在非連續模式，在晶體管開關導通期間，電感電流躍變到峰值大于或等于dc輸入電流的兩倍值。在晶體管開關的關閉期間，電感電流躍變到零，直到另一個轉換周期開始為止。

因為輸出電壓端也同樣作為電源電壓來為內部電路供電，所以在降壓變換器和反激變換器設計中，需要一個外部啟動電路為集成電距開始轉換提供起始功率。

圖1、圖2和圖3分別為用MC33466設計的升壓變換器、降壓變換器和反激變換器。在圖3和圖3中的啟動電路用三個分立元件組成。

在變換器設計中必須選擇下列參數：

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，波紋電壓應該保持一低數值一，因為它將直接影響電源電壓調整率和負載調整率。

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

在變換器設計中，電路參數的設計公式示于表1。

下面給出一個降壓變換設計的實例。

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。

因為這是一個非連續模式設計，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330μF鉭片電容器。每個電容額定ESR（等效串聯電阻）為0.9Ω。

一個完整的電路圖示于圖2。