2.背景信息
长期以来,
开关稳压器 一直都是将
直流电源轨有效转换为更低或更高电压的主力设备,无论是直接用于负载,还是作为分布式电源架构的组成部分。在二十世纪五十年代的最初设计中采用了真空管,与其他可供选择的“线性稳压器”方法相比,转换效率有了显著提高,同时为提升直流电压开辟了可能性,而在此之前,只能通过笨重的机械“振动器”来实现升压。直到二十世纪七十年代,第一款采用“电压模式”控制的开关电源 IC 控制器 Silicon General SG1524 才问世。
这款设备成功替代了使用不同控制和转换技术的设备。如今,有许多拓扑和控制方法可供选择;例如,同步与异步,最小导通时间与最小关断时间,平均与逐周期电流控制,或轻负载脉冲跳跃的固定频率与变频设计等。虽然每种拓扑都有各自的优点和不足,但主功率级元器件、开关晶体管、电感器和输出电容器的选型和规格,仍然是在所有工作条件下实现最佳性能和最低损耗的关键。
衡量开关稳压器发展的一个指标是其转换效率 - 多年来,这个数字一直在稳步攀升,从 70-80% 左右上升到 97%,在最新设计中甚至更高。效率越高,支持的功率密度就越高,功率密度测量单位为瓦特/单位体积,表示在转换器没有过热的前提下,给定空间内可以输出多少功率。功率密度的这种提高主要归因于集成度的提高;低 RDS (ON) 开关晶体管通常与控制器芯片一起集成在同一封装中,电感器也越来越多地采用板载方式。故障监控、均流、同步和时序控制等外设功能也越来越多地融入到控制器 IC 设计中。此外,开关频率也从几百千赫兹上升到 1 兆赫或更高。提高开关频率可以使用更小尺寸的元器件,但会增加功耗,提高 EMI 等级。设计挑战是在物理尺寸、散热性能和 EMC 滤波器成本之间找到最佳平衡。