一种低价简易电源的设计

以图1为例，Vin=12V，VO=1.8V，L=15μH，

fOSC=150kHz，VRIPPLE=60mV，计算出的ESR是90mΩ。

输出电容的ESR会在输出负载电流变化时产生一个电压变化值（VT），为了满足输出电压变化值要求，输出电容的ESR必须同时满足式（5）。

ESR（5）

以图1为例，如果输出电压动态变化值是输出电压值的10％（VT=10％×1.8=180mV），如果负载电流变化值是1A，所需要的输出电容ESR是180mΩ。为了同时满足输出电压纹波和动态变化，应该选择最小ESR的电容。所以，在本例中选用90mΩ/1000μF电解电容。

2.3 反馈分压电阻

上端的反馈分压电阻可在5～15kΩ之间选择。下端的电阻值可由式（6）算出。

Rbot=Rtop（6）

在式（6）中，1.25V为SC2618内部电压基准。以图1为例，如果Rtop=10kΩ，为得到1.8V输出电压，Rbot=22.7kΩ。最终经实验调整Rbot为22.1kΩ。一般来讲Rtop和Rbot应选用1％精密电阻。

2.4 输入电容

输出满载时输入电容的ESR在电源输入端所产生的纹波电压是

ΔvESR=ESRIo（7）

式中：δ为电感上纹波电流与负载电流的比例。

图1中δ=20％。假如该电源输入端能接收500mV的纹波电压，计算出来的输入电容的ESR是130mΩ。为了简单可以选择同样的1000μF，90mΩ电解电容。

2.5 功率场效应管

对有着高输入电压低输出电压的同步降压变换器而言，上端场效应管导通的时间很短。下端场效应管导通的时间很长，但是，下端场效应管转换电压几乎为零。在这样的应用中，栅极电容较小（内阻较大）的场效应管适用于上端开关，栅极电容较大（内阻较小）的场效应管适用于下端开关。在本例中所用的场效应管是通过它的内阻（RDSON），栅极电容/电荷，和封装热阻（θJA）这3个参数来选择的。利用SC26180.5A内置驱动器，一个栅极电荷为25nC的场效应管会产生大约50ns的开关升/降时间（ts=25nC/0.5A）。ts会在上端场效应管开关时产生的开关损耗（Ps）如式（8）表示

Ps=IOVINtsfOSC（8）

在图1中，Ps是0.3W。

由于在上端和下端场效应管之间无重叠传导，下端场效应管漏极和源极的寄生二极管或外部肖特基二极管总是在下端场效应管导通之前导通。下端场效应管导通电压仅为一个在漏极和源极之间二极管的电压。下端场效应管开关损耗为零。上端和下端场效应管在导通时的损耗可由式（9）及式（10）来计算。

PC_TOP=IO2RdsonD（9）

PC_BOT=IO2Rdson(1－D)（10）

以图1为例，选用的场效应管是AO4812。AO4812上下端导通内阻都是28mΩ，在3.5A负载时上下端导通损耗是0.35W。整个AOS4812损耗为0.65W（PLoss=0.3W＋0.35W）。场效应管的结温可由式（11）来计算。

TJ=TA＋θJAPLoss（11）

从AO4812手册上可查到它最大的结温至室温的热阻是110℃/W（θJA），在3.5A负载下AOS4812损耗为0.65W，这时AO4812SOIC8封装结温在40℃的室温状态下是111.5℃。这数值远小于芯片150℃时的结温限制。

对于大电流输出上的应用（>3.5A），可以采用低内阻抗场效应管来限制它的导通损耗，并利用外加散热器将它的结温控制在110℃之内。

3 实验结果

对于单输入电源，SC2618需要一个由低值电容（0.1μF～1μF，25V）和一个小信号二极管（1N4148）的自举电路，将BST管脚上的电压提升到输入电压以上，作为上端N沟道场效应管驱动电压。脚Vcc一般会用一个1μF/25V旁路瓷片电容。另外还需要在输入和脚Vcc之间加一个低值电阻（2～10Ω）来消除脚Vcc上的噪音。

表1显示了12V/(1.8V/3.5A)电源在不同负载电流下的效率。表2显示了同样电源在5V输入电压下的效率。可以看到此电路在1.8V输出电压应用中效率可保持在85％～90％。同样的电源如果用非同步的芯片效率会低很多。

表1 12V/(1.8V/3.5A)电源效率

表2 5V/(1.8V/3.5A)电源效率

图4显示了12V/(1.8V/3.5A)电源在空载下的波形。最上面的波形是1.8V输出电压纹波，测出来的纹波值是53mV，非常接近前面计算出来的60mV值。中间波形是上端和下端场效应管驱动电压。最下面波形是BST管脚上的电压。测量出来的开关频率是123kHz。

图4 12V/(1.8V/3.5A)开关电源波形(空载)