一款高效綠色降壓型開關(guān)電源控制器芯片的設(shè)計方案（一）

　　圖2 峰值電流控制過程

　　在每個周期開始時，由時鐘上升沿置位主RS 觸發(fā)器，功率開關(guān)打開，變換器進入充電階段，電感電流上升， Isense 上升而V sense 下降。 當(dāng)電感電流達到峰值， 即V sense達到V peak時，電流比較器（ Icomp ） 的輸出復(fù)位RS 觸發(fā)器控制功率開關(guān)關(guān)斷。 這就是電流環(huán)的工作過程。 而電感電流的峰值主要由電壓環(huán)控制。 具體地說，當(dāng)反饋電壓下降到基準(zhǔn)以下時，誤差放大器（ EA） 輸出上升，限制電流上升峰值的V peak 電壓隨之下降，于是功率開關(guān)的開啟占空比增大，輸出電壓上升，反之亦然。 其中反饋電壓是由輸出電壓經(jīng)過電阻分壓得到的。

　　在功率開關(guān)關(guān)斷的時間間隔內(nèi)， 傳統(tǒng)的降壓型Buck 變換器采用肖特基二極管作為續(xù)流二極管。 因此，當(dāng)肖特基二極管導(dǎo)通時，它的導(dǎo)通壓降（典型值013V）引起的功率損耗將是不可避免的。 為了減少導(dǎo)通損耗，引入了同步整流技術(shù)。 同步整流即采用一個同步功率開關(guān)代替整流二極管。 當(dāng)同步整流開關(guān)導(dǎo)通時，導(dǎo)通電阻一般在100mΩ 以下，以1A 負(fù)載為例，此時的導(dǎo)通損耗近似為011W;而對于導(dǎo)通電壓為013V 的肖特基二極管，損耗近似為013W. 可見在中小功率的應(yīng)用當(dāng)中，同步整流可以有效地提高開關(guān)電源變換器的效率。

　　由于同步整流開關(guān)和肖特基二極管之間工作方式的差異，需同時引入一些控制電路和保護電路。

　　首先，在功率開關(guān)和同步整流開關(guān)兩個開關(guān)轉(zhuǎn)換的瞬間，必須設(shè)置一個死區(qū)時間（anti2shoot2thru） 來防止兩個開關(guān)同時導(dǎo)通導(dǎo)致輸入電源短路。 在死區(qū)時間內(nèi)，功率開關(guān)和同步整流開關(guān)都關(guān)斷，此時電流由同步整流開關(guān)上寄生的二極管續(xù)流，所以在合理范圍內(nèi)死區(qū)時間越短就越能減少功耗，一般設(shè)計在 10ns 左右（1MHz 工作頻率下） 。

　　其次，同步整流開關(guān)不像肖特基二極管那樣只能單向?qū)щ?，?dāng)變換器工作在斷續(xù)電流模式下，在下一個周期開始之前，同步整流開關(guān)上的電流就已經(jīng)下降到零并反向，此時，電感電流反向相當(dāng)于從負(fù)載抽電流，導(dǎo)致能量的浪費以及變換器效率的降低。 因此必須設(shè)計一個防止同步整流開關(guān)電流反向的檢測電路（ rever se） 來檢測電流方向。 本設(shè)計是利用檢測SW 點的電壓，當(dāng)電壓從負(fù)變正時，反向電流比較器控制同步整流開關(guān)關(guān)斷。