成功运用DC-DC降压调节器

图 5. ADP2138的效率：(a) 连续 PWM模式;(b) PSM模式

降压调节器提高效率

电池的续航时间是新型便携式设备设计高度关注的一个特性。提高系统效率可以延长电池工作时间，降低更换或充电的频度。例如，一个锂离子充电电池可以使用ADP125 LDO以 0.8 V电压驱动一个 500 mA负载，如图 6 所示。该LDO的效率只有 19% (VOUT/VIN × 100% = 0.8/4.2 × 100%)。LDO无法存储未使用的能量，因此剩余的 81%的功率(1.7 W)只能以热量形式在LDO内部耗散掉，这可能会导致手持式设备的温度迅速上升。如果使用ADP2138 开关调节器，在 4.2 V输入和 0.8 V输出下，工作效率将是 82%，比前一方案的效率高出 4 倍多，便携式设备的温度升幅将大大减小。这些系统效率的大幅改善使得开关调节器大量运用于便携式设备。

图 6. 低压差调节器ADP125可以驱动500mA负载

降压转换器关键规格和定义

输入电压范围：降压转换器的输入电压范围决定了最低的可用输入电源电压。规格可能提供很宽的输入电压范围，但VIN 必须高于VOUT才能实现高效率工作。例如，要获得稳定的 3.3 V输出电压，输入电压必须高于 3.8 V。

地电流或静态电流：IQ是未输送给负载的直流偏置电流。器件的IQ越低，则效率越高。然而，IQ可以针对许多条件进行规定，包括关断、零负载、PFM工作模式或PWM工作模式。因此，为了确定某个应用的最佳降压调节器，最好查看特定工作电压和负载电流下的实际工作效率数据。

关断电流： 这是使能引脚禁用时器件消耗的输入电流，对低功耗降压调节器来说通常远低于 1?A。这一指标对于便携式设备处于睡眠模式时电池能否具有长待机时间很重要。

输出电压精度： ADI 公司的降压转换器具有很高的输出电压精度，固定输出器件在工厂制造时就被精确调整到±2%之内(25°C)。输出电压精度在工作温度、输入电压和负载电流范围条件下加以规定，最差情况下的不精确性规定为±x%。

线路调整率： 线路调整率是指额定负载下输出电压随输入电压变化而发生的变化率。

负载调整率： 负载调整率是指输出电压随输出电流变化而发生的变化率。对于缓慢变化的负载电流，大多数降压调节器都能保持输出电压基本上恒定不变。

负载瞬变：如果负载电流从较低水平快速变化到较高水平，导致工作模式在 PFM 与 PWM 之间切换，或者从 PWM 切换到 PFM，就可能产生瞬态误差。并非所有数据手册都会规定负载瞬变，但大多数数据手册都会提供不同工作条件下的负载瞬态响应曲线。

限流：ADP2138 等降压调节器内置保护电路，限制流经 PFET 开关和同步整流器的正向电流。正电流控制限制可从输入端流向输出端的电流量。负电流限值防止电感电流反向并流出负载。

软启动：内部软启动功能对于降压调节器非常重要，它在启动时控制输出电压缓升，从而限制浪涌电流。这样，当电池或高阻抗电源连接到转换器输入端时，可以防止输入电压下降。器件使能后，内部电路开始上电周期。

启动时间是指使能信号的上升沿至VOUT达到其标称值的 90%的时间。这个测试通常是在施加VIN、使能引脚从断开切换到接通的条件下进行。在使能引脚连接到VIN的情况下，当VIN从关断切换到开启时，启动时间可能会大幅增加，因为控制环路需要一定的稳定时间。在调节器需要频繁启动和关闭以节省功耗的便携式系统中，调节器的启动时间是一个重要的考虑因素。

热关断(TSD)： 当结点温度超过规定的限值时，热关断电路就会关闭调节器。极端的结温可能由工作电流高、电路板冷却不佳或环境温度高等原因引起。保护电路包括一定的迟滞，防止器件在芯片温度降至预设限值以下之前返回正常工作状态。

100%占空比工作： 随着VIN下降或ILOAD上升，降压调节器会达到一个限值：即使PFET开关以 100%占空比导通，VOUT仍低于预期的输出电压。此时，ADP2138 平滑过渡到可使PFET 开关保持 100%占空比导通的模式。当输入条件改变时，器件立即重新启动PWM调节，VOUT不会过冲。

放电开关： 在某些系统中，如果负载非常小，降压调节器的输出可能会在系统进入睡眠模式后的一定时间内仍然保持较高水平。然而，如果系统在输出电压放电之前启动上电序列，系统可能会发生闩锁，或者导致器件受损。当使能引脚变为低电平或器件进入欠压闭锁/热关断状态时，ADP2139 降压调节器通过集成的开关电阻(典型值 100 Ω)给输出放电。

欠压闭锁： 欠压闭锁(UVLO)可以确保只有在系统输入电压高于规定阈值时才向负载输出电压。UVLO 很重要，因为它只在输入电压达到或超过器件稳定工作要求的电压时才让器件上电。

结束语

低功耗降压调节器使开关DC-DC转换器设计不再神秘。ADI 公司提供一系列高集成度、坚固耐用、易于使用、高性价比的降压调节器，只需极少的外部元件就能实现高工作效率。系统设计师可以使用数据手册应用部分提供的设计计算，或者使用 ADIsimPowerTM设计工具。