零電壓開關(guān)技術(shù)提升降壓穩(wěn)壓器性能
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，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。
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Vin/Vout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。Picor的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，這是業(yè)界首次設(shè)計創(chuàng)新。
不妨對傳統(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，高端MOSFET得到指令而導(dǎo)通。在導(dǎo)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?dǎo)，在關(guān)閉同步MOSFET和開啟高端MOSFET之間存在一個微妙的平衡。
PI33xx之所以能夠解決傳統(tǒng)穩(wěn)壓器的高導(dǎo)通損耗問題，是因為在高端MOSFET導(dǎo)通之前，避免高電流體二極管傳導(dǎo)；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(dǎo)通時可以消除米勒效應(yīng)，允許在導(dǎo)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(dǎo)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。
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。
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)。
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。
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