固定频率PWM微功率DC/DC变换器设计

    在电池供电的计算机，消费类产品和工业设备中，DC/DC变换器是重要的部件。变换器有两种类型：线性变换器和开关变换器。开关变换器主要有三种拓扑结构：降压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定输出电压）；升压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较高的稳定输出电压）；反激变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定反相输出电压）。

    在此用Motorola的MC33466微功率开关稳压器来设计降压变换器、升压变换器和反激变换器。MC33466器件具有非常低的静态偏置电流（典型值15μA），含有高精度电压基准、振荡器、脉宽调制（PWM）控制器、驱动晶体管、误差放大器、反馈电阻分压器等。

    MC33466变换器工作如同一个固定频率电压模式稳压器。变换器工作在非连续模式，在晶体管开关导通期间，电感电流跃变到峰值大于或等于dc输入电流的两倍值。在晶体管开关的关闭期间，电感电流跃变到零，直到另一个转换周期开始为止。

    因为输出电压端也同样作为电源电压来为内部电路供电，所以在降压变换器和反激变换器设计中，需要一个外部启动电路为集成电距开始转换提供起始功率。

    图1、图2和图3分别为用MC33466设计的升压变换器、降压变换器和反激变换器。在图3和图3中的启动电路用三个分立元件组成。

    在变换器设计中必须选择下列参数：

    Vin--额定工作的dc输入电压

    Vo--所希望的dc输出电压

    Io--所希望的dc输出电流

    Vripple(pp)--所希望的峰-峰输出波纹电压。为使性能最佳，波纹电压应该保持一低数值一，因为它将直接影响电源电压调整率和负载调整率。

    D--工作占空因数，等于ton（fs）。对于升压和反激应用此参数必须选择小于0.5。

    在变换器设计中，电路参数的设计公式示于表1。

    下面给出一个降压变换设计的实例。

    具体要求是：Vin=8.0V，输出电压3.3V（300mA），输出纹波小于300mVpp,Ro=Vo / Io=10Ω。

    因为这是一个非连续模式设计，所以D

    ton≈D / fs =0.33 / (50kHz)=6.6μs

    L<(Vin-Vo)(ton) / 2Io=(8-3.3)(6.6μs) / [2(0.3)]=51.7μH

    选择L=47μH

    IL(pk)=(Vin-Vo)(ton) / L=(8-3.3)(6.6μs) / (47μH)=660mA

    ESRripple(pp) / IL(pk)=(300mV) / (660mA)=0.455Ω

       选择Co为两个330μF钽片电容器。每个电容额定ESR（等效串联电阻）为0.9Ω。

    一个完整的电路图示于图2。