新型DC-DC开关转换器设计：在DSP系统中延长电池寿命

　　引言

　　长期以来，MP3播放器、个人媒体播放器、数码相机以及其他便携式消费类应用的设计人员面临的一项挑战是实现产品的高性能和低功耗。这些电池供电系统通常都使用嵌入式数字信号处理器（DSP），当系统处理多媒体应用任务时，DSP能达到最大处理能力，而当系统处于睡眠模式时，DSP具有最小的功耗。电池寿命在手持式产品中是非常重要的指标，产品成功与否与供电系统的效率直接相关。

　　此类系统中的一个关键部件是降压式DC-DC开关稳压器，它能够高效地从较高电压获得较低的供电电压，如从4.5 V获得1V的供电电压。作为稳压器，其必须保持恒定的电压，而且能够对输入电压的变化以及负载电流的变化迅速做出响应。本文将讨论的架构具有优良的稳压性能以及高效率和快速响应的优点。

　　开关稳压器剖析

　　图1示出了ADI公司ADP2102的典型应用电路，这是一款低占空比、3 MHz同步整流降压转换器。ADP2102具有固定输出电压和可调输出电压的多种配置。这里将ADP2102连接成固定输出电压配置，由5.5 V的输入电压产生300mA、0.8 V输出电压。接下来给出输出电压可调的应用示例。

　　图1. 使用ADP2102由5.5 V输入产生0.8 V输出

　　这里将简单地解释该电路的工作原理：将DC输出电压的分压与误差放大器中的内部参考源比较，然后将误差放大器的输出与电流采样放大器的输出比较，以驱动单稳态触发器。单稳态触发器在由VOUT/VIN确定的时间周期内处于暂稳态。单稳态触发器使上面的门控晶体管导通，电感L1中的电流逐渐变大。当单稳态触发器的暂稳态结束时，晶体管截止，电感L1中的电流逐渐变小。在由最小关断时间定时器和最小（“谷值”）电流确定的时间间隔之后，单稳态触发器再次被触发。芯片内的单稳态触发定时器使用输入电压前馈，使得稳态时保持恒定的频率。

　　该振荡以不确定的频率（大约为3MHz）持续进行，但是在必要的情况下可以响应线路和负载的瞬态变化而偏离该频率，以便输出电压保持恒定，并且使电感电流的平均值保持在输出负载所需要的电流值。

　　上文描述的方法是相对新颖的。多年来，DC-DC变换的主要方法是恒频峰值电流方法，当该方法在降压式DC-DC转换器中实现时，其还被称为后沿调制。有关该方法的详细描述、对其优缺点的评估以及上文描述的恒定导通时间谷值电流模式转换器，请参考其他技术文章。

　　ADP2012还具有欠压闭锁功能、软启动功能、过热保护功能和短路保护功能，并且具有±1%的反馈精度。该架构能够使主开关的导通时间低至60 ns或更低。

　　图2示出了不同条件下的典型波形。图2a示出了在ILOAD=600mA，电压从VIN=5.5V减小到VOUT=0.8V时的低占空比。如图中所示，在3MHz的开关频率下，可以获得45 ns的最小导通时间。

　　图2b示出了负载电流突增300mA时，负载电流和电感电流波形。

　　图2c示出了负载电流突减300mA时，负载电流和电感电流波形。

　　图2d示出了在占空比为50%时不存在次谐波振荡，而使用峰值电流模式控制时必须在设计时加以考虑。当占空比大于或小于50％时，同样不存在次谐波振荡。

　　图 2a. VIN = 5.5 V， VOUT = 0.8 V， 最小导通时间=45 ns

　　图 2b. 突加负载瞬态响应（ILOAD = 300 mA）

　　图2c. 突减负载瞬态响应 （ILOAD = 300 mA）

　　图2d. 占空比 = 50%， VIN = 3.3 V， VOUT = 1.8 V， ILOAD = 300 mA