1.1高频降压变化器的局限

大家好！我是德州仪器的 系统应用工程师欧益亚

今天很高兴有机会 在这里和大家分享一下

TI推出的一个高频的串联电容 buck电路

今天要介绍的内容

包括四点

第一个是介绍一下

我们传统的buck电路

如果是采用高频化

它会有哪些局限性

第二个是介绍一下

高频串联电路 buck电路的

一些主要的工作特点

第三会给出一些 串联电路 buck电路的

工作的实验波形

第四呢 会给出一个

我们设计一个高频串联电路

buck电路一些设计的主要原则

现在 大家对这张图 可能都比较熟悉了

这是一个电源系统功率传递的简图

我们通常是从一个交流电取电

然后把它转成400伏的一个高压

然后再通过一个高压的降压 DC/DC

转化为12v中间的直流母线

那么 最终我们的终端负载

可能是一个FPJ 也可能是CPU

也可能是一个Flash

它们所需要的供电电频

可能都不尽一样

这个时候 就会在中间母线12伏

跟我们终端的最终的一个负载之间

会加一个降压的变换器

来实现把12伏中间母线转化为

我们所需要的一个负载电压

我们经常所采用的拓扑

就是buck的一个拓扑

我们也通常称这个模块

是一个PRL的电压调整器

我们在开关电源里面经常会提到

需要把开关电源的开关频率提高

提高整个开关电源系统的 开关频率有什么好处呢？

第一个最直观的好处就是说

它能够有效地降低 整个电源系统的体积

左边是一个例子

就是说 500K的一个buck电路

它所需要的一个整体的尺寸

那么 这里 它采用的一个电感

它是232立方毫米的尺寸

右边是2兆赫兹的一个降压电路

那么 它整个拓扑的尺寸呢

都只有157个立方毫米

所以说 它这个尺寸

就会有一个比较大的明显的改善

第二个呢 如果采用高频化

会有一个另外的好处 就是说

它能够使我们系统 有一个更快的响应速度

第三个 因为高频化之后

它能够使我们输入的电容

输出的电容 输出的电感都能够

非常 有一个明显的体积的减小

那么 就同样的 这也就意味着

我们所需要的整个buck的成本

也有一个很明显的改善

那么 这里是给出了一个

电感尺寸 做比较

我们常用的 比如说是

一个500k的buck电路里面

经常会用到一个7x7x4的一个电感

或者是一个8.5x8.5x2.5的一个电感

这种是实际应用里面

那么 如果我们能把开关级别提升

到2兆

那么 我们可能 这个时候所需要的电感

可能就只需要一个

2.5x2.0x1.2的这个电感

那么从电感的尺寸上来做比较的话

它可以使我们的电感尺寸

减小15倍

当然 我们前面只提到

提高开关频率

对我们整个电系统所带来的好处

实际上呢 提高开关频率

对我们电源系统也是有坏处的

那么 第一个我们需要考虑的就是说

一个更高的开关损耗

因为我们整个电源开关系统里面

它管子的开关损耗

实际上是跟开关周期是成正比的

那么 更高的开关频率

就意味着一个更高的开关损耗

那么 第二个缺点就是说

我们需要考虑到

如果说我们把一个电源系统

它的开关频率提得很高

比如说 提高到5兆

那么 就意味着我们整个的开关周期

就变得很小

比如说 如果是5兆的话

就是200ns的一个周期

那么 如果是像前面的这种应用

是一个12伏输入

1.2伏输出的一个应用场合

10:1的电压转换比

就意味着只有一个20ns的导通时间

对于我们buck上管

这个 相对来说 20ns的导通时间

这个对现有的技术来说

基本上是不可能实现的

所以说 我们市面上看到的

号称能够支持

高频的一个应用 一般都是会限定

它的一个应用的场合

比如 会把输入输出的电压转换比

会小于 5:1

以及它的负载电流不能太大

可能会小于 1安

那么 就能够限制它的一个

把整个系统因为高频化所带来的一个

开关损耗

在一个 我们可以忍受的范围之内

大家好！我是德州仪器的 系统应用工程师欧益亚

今天很高兴有机会 在这里和大家分享一下

TI推出的一个高频的串联电容 buck电路

今天要介绍的内容

包括四点

第一个是介绍一下

我们传统的buck电路

如果是采用高频化

它会有哪些局限性

第二个是介绍一下

高频串联电路 buck电路的

一些主要的工作特点

第三会给出一些 串联电路 buck电路的

工作的实验波形

第四呢 会给出一个

我们设计一个高频串联电路

buck电路一些设计的主要原则

现在 大家对这张图 可能都比较熟悉了

这是一个电源系统功率传递的简图

我们通常是从一个交流电取电

然后把它转成400伏的一个高压

然后再通过一个高压的降压 DC/DC

转化为12v中间的直流母线

那么 最终我们的终端负载

可能是一个FPJ 也可能是CPU

也可能是一个Flash

它们所需要的供电电频

可能都不尽一样

这个时候 就会在中间母线12伏

跟我们终端的最终的一个负载之间

会加一个降压的变换器

来实现把12伏中间母线转化为

我们所需要的一个负载电压

我们经常所采用的拓扑

就是buck的一个拓扑

我们也通常称这个模块

是一个PRL的电压调整器

我们在开关电源里面经常会提到

需要把开关电源的开关频率提高

提高整个开关电源系统的 开关频率有什么好处呢？

第一个最直观的好处就是说

它能够有效地降低 整个电源系统的体积

左边是一个例子

就是说 500K的一个buck电路

它所需要的一个整体的尺寸

那么 这里 它采用的一个电感

它是232立方毫米的尺寸

右边是2兆赫兹的一个降压电路

那么 它整个拓扑的尺寸呢

都只有157个立方毫米

所以说 它这个尺寸

就会有一个比较大的明显的改善

第二个呢 如果采用高频化

会有一个另外的好处 就是说

它能够使我们系统 有一个更快的响应速度

第三个 因为高频化之后

它能够使我们输入的电容

输出的电容 输出的电感都能够

非常 有一个明显的体积的减小

那么 就同样的 这也就意味着

我们所需要的整个buck的成本

也有一个很明显的改善

那么 这里是给出了一个

电感尺寸 做比较

我们常用的 比如说是

一个500k的buck电路里面

经常会用到一个7x7x4的一个电感

或者是一个8.5x8.5x2.5的一个电感

这种是实际应用里面

那么 如果我们能把开关级别提升

到2兆

那么 我们可能 这个时候所需要的电感

可能就只需要一个

2.5x2.0x1.2的这个电感

那么从电感的尺寸上来做比较的话

它可以使我们的电感尺寸

减小15倍

当然 我们前面只提到

提高开关频率

对我们整个电系统所带来的好处

实际上呢 提高开关频率

对我们电源系统也是有坏处的

那么 第一个我们需要考虑的就是说

一个更高的开关损耗

因为我们整个电源开关系统里面

它管子的开关损耗

实际上是跟开关周期是成正比的

那么 更高的开关频率

就意味着一个更高的开关损耗

那么 第二个缺点就是说

我们需要考虑到

如果说我们把一个电源系统

它的开关频率提得很高

比如说 提高到5兆

那么 就意味着我们整个的开关周期

就变得很小

比如说 如果是5兆的话

就是200ns的一个周期

那么 如果是像前面的这种应用

是一个12伏输入

1.2伏输出的一个应用场合

10:1的电压转换比

就意味着只有一个20ns的导通时间

对于我们buck上管

这个 相对来说 20ns的导通时间

这个对现有的技术来说

基本上是不可能实现的

所以说 我们市面上看到的

号称能够支持

高频的一个应用 一般都是会限定

它的一个应用的场合

比如 会把输入输出的电压转换比

会小于 5:1

以及它的负载电流不能太大

可能会小于 1安

那么 就能够限制它的一个

把整个系统因为高频化所带来的一个

开关损耗

在一个 我们可以忍受的范围之内