电源管理设计指南：架构，IC选用标准

图 1. 电源管理的应用实例

    从上述实例可清楚知道，欲得最佳元件选择就必须考虑各种参数。以下将会详细介绍这些参数。

   在设计时，首先考虑的是输入到输出的电压差 (VIN - VOUT)。在选择最佳的电源解决方案时，该应用的特殊需求，如效率、 散热限制、 噪声、 复杂度和成本等都必须考虑。

    表1. 选择低压差稳压器、 降压、升压、升-降压转换器的基本标准

图 3. 转换器基本电路示意图

    由于两个 MOSFET 是交替开关 (ON 或 OFF)，所以功率消耗非常小；藉由控制占空比，可以产生较大 VIN / VOUT 比的输出。内部 MOSFET 的导通电阻 RDS(ON) 决定了降压转换器的电流处理能力，而 MOSFET 的额定电压决定最大输入电压。开关切换频率与外部 LC 滤波器元件则共同决定输出端的纹波电压大小；较高开关切换频率之降压转换器所用之滤波元件可较小，但开关切换造成的功耗则会增加。具脉冲跳跃模式 (PSM) 的降压转换器会在轻载时降低其开关切换频率，从而提高轻载时的效率，此特性对需低功耗待机模式之应用是非常重要的。

    升压转换器是用于 VOUT 高于 VIN 之应用。基本电路图如图 4 所示。升压转换器将输入电压升至较高的输出电压。其操作原理是经由内部 MOSFET 对电感器充电，而当 MOSFET 断路时，透过至负载端之整流器将电感放电。电感充电转为放电会使电感电压变为反向，从而升高输出电压使之高于 VIN。MOSFET 开关的 ON/OFF 占空比将决定升压比 VOUT / VIN，并且反馈回路也控制占空比以维持稳定的输出电压。输出电容是缓冲元件，用来减小输出电压连波。

    MOSFET 电流绝对最大额定值和升压比一起决定最大负载电流，而 MOSFET 电压绝对最大额定值决定最大输出电压。有些升压转换器则会将整流器以 MOSFET 整合于内部，达到同步整流之功效。

图 4. 升压转换器基本电路示意图

    升-降压转换器用于输入电压可能会改变，可低于或高于输出电压之应用。如图 5 所示的升-降压转换器中，当 VIN 高于 VOUT 时，四个内部的 MOSFET 开关将自动配置成降压转换器，而当 VIN 低于 VOUT 时则转为升压操作模式。这使得升-降压转换器非常适合以电池作为供电之应用，特别是当电池电压低于调节输出电压值时，得以延长电池使用时间。因为四开关升-降压转换器是完全同步的操作模式，故可达较高的效率。降压模式时的输出电流能力比升压模式时为高；因为在相同的负载条件下，升压模式和降压模式相比之下，前者需要较高的开关电流。

    MOSFET的电压绝对最大额定值将决定最大输入和输出电压范围。在输出电压不需要参考接地的应用中，如LED驱动器，可使用只有单开关和整流器的升-降压转换器。而在大多数情况下，输出电压是参考到VIN。

图 5. 有四个内部开关的升-降压转换器

    多数的电源管理元件都是使用上述四个转换器架构其中一种。

    需要非常大开关电流（如 >10A）的应用，通常都会使用外部的开关 MOSFET，并且配合使用降压控制器或升压控制器。这类配置方式通常都是用在输出功率超过 25W 的功率转换器。

    输出电流 >25A 的降压应用多使用多相位降压控制器，即不同的相位阶段分享同一电流。具非常高切换电压的电路，例如从 AC 线电压供电的应用电路中，通常会采用的控制器是使用外部、耐高压的MOSFET。

    LED 驱动器调节的是稳定输出电流，而不是稳定输出电压，因为LED特定的光输出是完全由电流来决定。大多数高亮度LED 的正向电压是 3〜3.5V；而根据输入电压和 LED 串中 LED 的数量，转换器可以是降压，升压或升-降压型。

    LCD 背光系统须驱动大量的 LED，因此会使用到多串型 LED 驱动器。某些离线式 LED 驱动器则会使用线性 LED 驱动器的架构。大多数 LED 驱动器还包括调光功能，以便能够控制输出电流，并进而控制 LED 的光输出。