AC/DC

Dialog半导体公司今天宣布，推出创新数字零电压开关（ZVS）芯片组，可实现100W及以上高功率密度（HPD）的电源（PSU），尺寸比传统高功率PSU缩小30%至50%。

开关稳压器IC使用的开关频率从数十kHz到数百万Hz，最近有些甚至似乎以高频率工作。设计时须以几项条件为基本来选择频率。 第一点是重视效率或重视尺寸的问题。如果将开关频率调高，则外置的电感和电容器将使用较小的，尺寸必然会变小。因此，包含安装面积和高度在内的外形尺寸也会变小，有助于节省空间。不过，开关损耗会通过高速开关増加，故效率会降低几个百分比。尤其对小型便携设备，2个项目就算不想权衡也必须取得平衡使其优化。 图62：内置跟踪功能使用例 图63表格一般探讨事项和开关频率的关系。

DC/DC转换器除了理所当然向电路供给电源外，确保电路安全也很重要。近年，DC/DC转换器用的IC几乎都搭载了被认为必备的保护功能。有些保护功能可以由用户调整阈值等支持各种条件。此外，电源电路要支持使用CPU或FPGA等的复合电源的装置对电源接入的顺序和时序需求。为此，具备可编程功能的电源IC。虽然外置电路也可以实现IC所搭载的保护功能或可编程功能，但其设计比电源IC要复杂得多，且需要增加许多零件，并不可行。在这里，介绍代表性保护功能和可编程功能的概述。 保护功能：热关断 热关断是IC的结温达最大额定，就是Tj max的前后时关断电路工作的构造。工作的结温因IC而异，大多被设定在Tj max的前后。关断后的工作模式有自动恢复型和闭锁型2种。

最初已经说明开关稳压器的反馈（feedback）控制方式有电压模式、电流模式、迟滞控制等3种。开关稳压器也与线性稳压器同样通过反馈电路进行稳定化。在这里，加以详细说明。由于各有优点和缺点，因此该选择何种方式必须考虑平衡点。 电压模式 电压模式控制是最基本的方式。透过反馈环路只反馈输出电压。通过以误差放大器和基准电压做比较后所差距的电压再进一步与三角波做比较，决定PWM讯号的脉冲宽度来控制输出电压。此方式的优点在于纯电压的反馈环路可进行较简单的控制、可缩短ON时间、抗噪好。其缺点是，相位补偿电路复杂可能使设计变麻烦。

前项已经说明，同步式在轻负载时效率会因反向电流而降低。相信大家都希望难得效率高的同步式在轻负载时也能有高效率。尤其是最近，降低待机功耗已成为一大趋势。最轻负载时也即供电中电路处于关断状态的时。如果电源也能关断的话再好不过，只是必须持续给予微小功率，而此时效率低也是一大问题。 不连续模式的增加 同步整流式轻负载时效率改善的方法之一为轻负载时增加以不连续模式工作的功能。想法非常简单，也就是检测出电感电流下降至零附近后将下侧晶体管设为OFF使其不发生逆流（图43）。

DC/DC转换器的非绝缘型降压开关稳压器有前项所说明的异步整流（二极管）式和同步整流式。异步整流式是较早被使用的方式，就开关稳压器而言电路简单但效率却超过80％左右。其后，笔记本电脑等电池驱动且需要较大功率的应用开始要求更高效率，于是可获得高效率的同步整流式开关稳压器用IC被陆续开发，控制或电路极为复杂的同步整流式变得容易设计，逐渐成为主流。同步整流式最大可以获得近95%的效率。 图39和40是两种方式的电路概述和工作。

前项中已经说明开关稳压器可以进行等降压、升堥、升降压、反转等转换，现在接着以最广泛利用的降压型开关稳压器为例说明工作原理。 图31是降压DC/DC转换的概略电路，是借着开关将DC电压VIN做时间分割后以电感和电容器使其平滑化来转换成所希望的DC电压。

开始电源设计时，如果大概的规格已定，其次便是进入选择开关稳压器或线性稳压器的作业。为满足要求规格虽然有的情况必须选择其一，不过两者皆可的例子也不少。此时，须以各自的特征和优缺点为主进行探讨。图29为开关稳压器的优点和缺点，而图30则试着与线性稳压器做总比较。 最大的优点，是可以自由转换。虽然降压最常被利用，不过也可从电池等低电压升压、使其从正电压反转来制作负电压、或3.3V般输入跨越输出电压时也可从锂离子二次电池（例：4.2V～2.8V）升压。 其次，是效率高。虽然也视种类而定，不过最大效率可达95%左右。但是，开关稳压器的效率因负载电流的大小而变。基本上，负载电流变小时效率会大幅度下滑。对此，近年待机功耗降低要求日趋严格，成了开关稳压器的课题。

开关稳压器 近年来，开关稳压器由于其功率转换效率高或转换可调性而被许多设备所利用，成为电源的主流。过去，一说到开关电源便想到购买模块或单元等成品，近年来，则可提供多种多样的开关电源用IC，使设计者得以致力于电路基板上编入开关电源的on-board设计。但同时，与线性稳压器不同的开关电源电路所拥有的各种探讨事项将成为设计者的一大课题也是不争的事实。 本项将以降压型开关稳压器为题材来说明其工作或功能等基础。 开关稳压器的种类 开关稳压器有许多种类，分类方法也视其观点而各有不同。在这里，姑且从输入电源的种类开始，以电路方式进行主要分类。首先，输入电源可以利用DC（直流）或AC（交流）分成DC/DC转换器和AC/DC转换器（参考图27）。

线性稳压器的最大优点在于使用简单。由于输入和输出各只附1个电容器工作，实质上或许可以说不需要设计。换句话说，散热设计或许比电路设计麻烦（参考热计算1－6）项）。此外，因为没有开关电源般的开关噪声，纹波抑制特性或电压噪声本身也小，所以在例如AV、通讯、医疗、测量等必须排除噪声的应用上较受欢迎。 图 7:应用例 缺点在于输出输入的电压差大则损耗就大，损耗几乎完全变为热能，某些条件下发热会非常大。如果使用功率达几瓦以上等级，就必须常常面对发热的问题。此外，线性稳压器只能降压。