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介绍

在本应用笔记中，我们将使用GreenPAK™IC[5]构造一个输出电压可调的降压转换器。输出电压范围为2- 5v，输入范围为5- 10v。这种设计的主要优点是效率高。该变换器将能够以高达97%的效率降低输入电压，这优于低dropout稳压器(LDOs)和普通DC-DC变换器。最大支持输出电流为2a。

解决方案

这种应用的主要挑战是产生适当的控制脉宽调制(PWM)信号。因为效率是这种应用的一个重要标准，同步配置是首选，所以经典配置的二极管将被另一个晶体管取代。因此，涉及到两个控制信号。顶层原理图如图1所示。

图1所示。顶层原理图

PWM1、PWM2、CTRL为GreenPAK矩阵的输出。PWM1和PWM2负责晶体管控制。因为功率晶体管有一个高的栅极电容，两个栅极驱动器被引入，以避免从GreenPAK电路拉出高瞬态电流。这样，它的输出就得到了保护。然而，门驱动器也有电平移位功能。因为Q1的源不像Q2的源那样接地，它可以达到非常高的电位。出于这个原因，应该产生更高振幅的脉冲来控制这个晶体管。门驱动器输出的振幅等于输入电压。线圈值是根据最大期望输出电流2 A来计算的。

为了在任意电流消耗范围内保持固定的输出电压，引入了反馈机制。这是基于一个普通的比较器(带宽> 5 MHz)。

GreenPAK VDD电源可以直接从输入端供电，但不超过5.5 V。如果是，则需要一个中间LDO。这不会影响全球效率，因为GreenPAK消耗的电流很低。另外，一个电阻和齐纳二极管将足以降低输入电压至5.1 V，并提供GreenPAK IC。

控制算法

转换器的输出电压取决于晶体管Q1的占空比。输出电压近似值为:

τ是控制Q1的控制信号的占空比。在这种情况下，使用了开关控制技术。这意味着GreenPAK可以产生两种PWM，一种占空比为20%，另一种占空比为70%。如果输入电压等于10v，输出就能等于2v或7v。反馈机制告诉GreenPAK控制器如何正确地产生这些信号，总结如下:

因此，如果输出低于阈值，控制器产生更大的占空比PWM来增加它。另一种情况则相反。V_ref+0.1V和V_ref-0.1V是该迟滞机制的阈值，通过调整比较器的正反馈电阻来设置。在这种情况下，我们讨论的是一个200 mV的迟滞，所以比率将是:

比较器有很宽的带宽，所以它会非常快地切换这些值。由于这个过程是如此的快，并且在输出端连接了一个电容，输出值将会在间隔内建立(Vref - 0.1V, Vref + 0.1V)。这被称为滞后控制。纹波被认为是200mv(其值应该与迟滞宽度相似)。

Q1控制信号控制输出电压，但不是唯一计数的信号;Q2的控制也很重要。为了达到最大效率，它必须在一定程度上补充Q1的效率。这意味着当PWM1为高时，PWM2必须为低，当PWM1为低时，PWM2必须为高。当然，这两个信号之间的过渡不应该是突然的。如果两个晶体管同时打开(即使是很短的时间)，就会发生交叉传导(这实际上是短路)。

GreenPAK设计

控制信号应该如图2所示。红色是PWM1，紫色是PWM2。它们之间的互补性是很明显的。边缘之间的过渡被延迟死区时间，如图2所示，以避免交叉传导。GreenPAK设计的目的是从占空比为50%的方波开始产生这样的信号。在下面的例子中，这个过程将被描述并应用到GreenPAK设计中。

图2。控制信号

图3。逻辑操作

从一个普通的时钟信号中获取两个所需的控制信号并不困难。我们用符号表示输入信号S。首先，S被延时，得到S的信号。在S和S '之间进行逻辑与运算，得到Q1的控制信号。然后，通过逻辑或做同样的事情，并通过逆变器的S或S '，我们得到Q2的控制信号。

在GreenPAK设计中，可以使用计数器和比较器生成方形信号。对于这个应用程序，计数器时钟是27 MHz，溢出数据被设置为60。比较器阈值使用内部寄存器设置为15。

方形信号通过GreenPAK延迟块，然后输入与或门，以获得所需的波形。该算法使PWM的ON时间随延时值的增大而减小。由于选择的延迟为125纳秒，最终占空比约为20%。为了获得70%占空比的信号，比较器的输出将被消负，然后通过逻辑门。通过否定25%的PWM，一个75%的PWM得到。然后，通过减小延迟时间，得到最终值70%。多路复用器根据比较器的输出在两个信号之间切换。

注:为了准确性和重复性，测量使用泰克MDO3034。