基于电感拓扑和小讯号MOSFET开关元件配置的降耗型DC/DC变换器
1 引言在现代多功能电子设备中，为了降低DC/DC电压变换过程中的功率损耗，人们设计了多种方法。以新一代小讯号金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关元件，开启了中功率开关模式DC/DC变换的新应用领域。MOSFET具有低的漏极(Drain)、源极(Source)导通电阻(RDson)以及优良的开关性能，并且它是扁平封装，实现了小型化。由于采用这种元件的电源设计既可采用整合型方案，在系统设计中又具有灵活性和成本优势，故还可用于外部功率开关。 由于电荷泵浦(pump)等应用常受到低电流的限制，对高输出功率和高效率电压变换器来说，最佳的解决方案是采用电感拓扑，而且，电感拓扑只需要在传统电路结构上稍加改变即可实现升压、降压或升降压变换。图1所示是一个简单的DC/DC降压变换器电路图。将其与线性稳压电源比较，这个电路在使用理想的元件时具有100%的变换效率。不过，其导通电阻RDson不等于0Ω，而且，MOSFET开关也会产生损耗和花费时间，电感器也因为存在来自绕组导体的电阻，对磁芯也会增加损耗。
图1 直流(DC/DC)降压变换器架构图 磁芯损耗是因为磁场变化引起小磁域运动而造成的，磁性材料的磁滞愈严重，磁芯的损耗就相应增大；另外，涡流也会导致电感磁芯产生损耗，这是由于磁场变化将形成电流环路，使磁性材料发热。对于高频开关而言，集肤效应(Skin Effect)将增加电阻损耗。必须注意的是，实际在电路中使用的元件不可能是理想元件，如输出电容存在剩余电阻，也会导致电能损耗和温升增高，而二极管(Diode)最终会产生正向电压损耗和反向电流损耗。所以，在现实的电路及其所用元件的情况下，这些问题的存在，将使DC/DC变换器的效率降至75%~98%之间。 |
