【導讀】由于單片機和數(shù)字信號處理器（DSP）不斷推陳出新, 電路板設(shè)計方案也不斷升級,盡管功率有所增加，但產(chǎn)品尺寸卻不能增大了。因此，高密度穩(wěn)壓器便順著最新IC集成技術(shù)、MOSFET及封裝工藝的改良而不斷發(fā)展。
降壓穩(wěn)壓器的關(guān)鍵要求通常是尺寸和效率。由于印制電路板面積彌足珍貴，沒有誰愿意分配額外的空間給功率設(shè)計方案。此外，由于單片機和數(shù)字信號處理器（DSP）不斷推陳出新, 電路板設(shè)計方案也不斷升級,，管功率有所增加，但產(chǎn)品尺寸卻不能增大了。因此，高密度穩(wěn)壓器便順著最新IC集成技術(shù)、MOSFET及封裝工藝的改良而不斷發(fā)展。
縱使這樣，這些穩(wěn)壓器還是無法滿足新系統(tǒng)的應(yīng)用要求。尤其是系統(tǒng)內(nèi)部的功率密度正日益提高。其主要原因是開關(guān)損耗阻礙穩(wěn)壓器MOSFET的內(nèi)部性能。同時，需要更高的V(in)/V(out)轉(zhuǎn)換比例及更高的開關(guān)頻率。如果不從根本上解決這些問題，那么只能期望些微的性能提升。
Picor引入一個高性能、高度集成、軟開關(guān)降壓穩(wěn)壓器平臺，可高頻工作,大幅度地降低開關(guān)損耗,提高效率。PI33xx采用零電壓開關(guān)（ZVS）拓撲允許在更高頻率和更高輸入電壓進行操作，而且不會犧牲效率。同傳統(tǒng)穩(wěn)壓器采用的硬開關(guān)拓撲相比，零電壓開關(guān)（ZVS）拓撲是一種軟開關(guān)拓撲。同傳統(tǒng)穩(wěn)壓器相比，PI33xx的軟開關(guān)技術(shù)具有更高的效率以及更高的密度性能。零電壓開關(guān)（ZVS）拓撲通常是成就高性能隔離電源的因素。在PI33xx內(nèi)部集成零電壓開關(guān)（ZVS）拓撲，實乃業(yè)界首創(chuàng)。
圖1給出PI3301(PI33xx系列產(chǎn)品的3.3V版本)與業(yè)界常用高密度穩(wěn)壓器對比的效率性能。PI3301采用零電壓開關(guān)（ZVS）或軟開關(guān)拓撲，而競爭產(chǎn)品則采用硬開關(guān)拓撲，圖1中給出輸入電壓分別是12V、24V和36V時的效率性能。從圖1中的對比可以看出，硬開關(guān)穩(wěn)壓器在較高輸入電壓時效率退化。這個效率退化是硬開關(guān)拓撲中開關(guān)損耗帶來的直接結(jié)果。
圖1：Picor PI3301 Cool-Power ZVS降壓穩(wěn)壓器與競爭產(chǎn)品的效率性能對比
PI33xx系列產(chǎn)品工作頻率在1.5MHz以上，是傳統(tǒng)高密度穩(wěn)壓器的2～3倍。在更高的頻率工作不僅降低無源組件的尺寸，而且降低外部濾波組件的尺寸，并允許對輸入瞬態(tài)和負載瞬態(tài)做出快速動態(tài)響應(yīng)。
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PI33xx內(nèi)的零電壓開關(guān)（ZVS）開關(guān)拓撲
圖2是對傳統(tǒng)降壓拓撲與采用零電壓開關(guān)（ZVS）拓撲的PI33xx進行直接對比。首先，常用的方法是在完整開關(guān)周期起始處(圖2中黃色豎條表示)，高端MOSFET得到指令而導通。在導通之前，有電流流經(jīng)輸出電感器和同步MOSFET。為了避免兩個MOSFET的交叉?zhèn)鲗?，在關(guān)閉同步MOSFET和開啟高端MOSFET之間存在一個微妙的平衡。
圖2：PI33xx降壓拓撲與傳統(tǒng)產(chǎn)品的對
PI33xx之所以能夠解決傳統(tǒng)穩(wěn)壓器的高導通損耗問題，是因為在高端MOSFET導通之前，避免高電流體二極管傳導；使高端MOSFET的漏極-源極電壓為零或接近零，而且不產(chǎn)生高電流尖脈沖或有破壞性的振鈴。針對Q1的零電壓開關(guān)（ZVS）動作，在Q1導通時可以消除米勒效應(yīng)，允許在導通時使用更小的驅(qū)動器或更低的柵極驅(qū)動。
通過改進開關(guān)拓撲，能夠以更高的效率和更小的尺寸，實現(xiàn)對更高電壓的穩(wěn)壓。通過PI33xx中的零電壓開關(guān)（ZVS）拓撲, Picor為工程師提供了一款高性能降壓穩(wěn)壓器，可以將36Vin直接調(diào)節(jié)至3.3V，另外，導通時間最短20ns,支持36:1的高比率轉(zhuǎn)換，這是傳統(tǒng)硬開關(guān)高密度穩(wěn)壓器所難達到的。
Picor Cool-Power ZVS 降壓穩(wěn)壓器非常容易使用。只需輸入/輸出電容, 和一個輸出電感就是所有需要外加的元件，無需外部參數(shù)設(shè)置。引腳對引腳兼容, 可很容易的轉(zhuǎn)換更高或更低電流的元件, 只需 以 “拿掉-貼上”的方式布線。如果另有其他功能, 增加不同應(yīng)用的靈活性。
圖3：Picor Cool-Power尺寸大小和與同行產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率對比
