引言：控制器類型的電源系統(tǒng)因?yàn)樨?fù)載電流大，所以對(duì)效率極其敏感，效率反過(guò)來(lái)又影響著散熱性，此外相對(duì)于集成式DC-DC，外置電源開關(guān)類型Layout注意點(diǎn)也更多，本節(jié)主要簡(jiǎn)述這兩部分內(nèi)容，也適用于外部電源開關(guān)同步降壓控制器。

1. 效率考量

分立式DC-DC的效率百分比等于輸出功率除以輸入功率乘以100%，分析功率損失，以確定是什么限制了效率，哪些變化會(huì)產(chǎn)生最大的改進(jìn)，效率百分比可以表示為：

其中，L1、L2等為個(gè)體損失占輸入功率的百分比，雖然電路中所有耗散元件都產(chǎn)生損耗，但控制器電路中主要損耗為：

1：IC VBIAS電流，VBIAS電流是數(shù)據(jù)表中給出的控制電路電流，其中不包括MOSFET驅(qū)動(dòng)器和控制電流，VBIAS電流通常會(huì)導(dǎo)致一個(gè)很小的損失（<為0.1%）。

2：INTVCC電流，INTVCC電流是MOSFET驅(qū)動(dòng)器和控制電流的總和。MOSFET驅(qū)動(dòng)器電流源于功率MOSFET的柵極電容的切換，每當(dāng)MOSFET柵極再次從低電平切換到高電平再切換到低電平時(shí)，電荷量dQ從INTVCC流動(dòng)到GND，所以INTVCC輸出的電流為：

其通常比控制電路電流大得多。在連續(xù)模式中，

其中QT和QB是頂側(cè)和底側(cè)MOSFET的柵極電荷。

3：直流I2R損耗，這些都來(lái)自于MOSFET、檢流電阻、電感和PCB走線的電阻，導(dǎo)致在高輸出電流下的效率下降。

4：底部MOSFET過(guò)渡損耗，過(guò)渡損耗（Transition Loss）僅適用于底部的MOSFET，并且只有在低輸入電壓下工作時(shí)才變得明顯，過(guò)渡損失可從：

5：體二極管導(dǎo)通損耗在較高的開關(guān)頻率下更顯著，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，頂部MOSFET的損耗為Iout×VDS，其中VDS約為0.7V。在較高的開關(guān)頻率下，死區(qū)時(shí)間占開關(guān)周期的很大百分比，并導(dǎo)致效率下降。

2. 瞬態(tài)響應(yīng)

可以通過(guò)查看負(fù)載電流瞬態(tài)響應(yīng)來(lái)檢查控制器的回路響應(yīng)，開關(guān)穩(wěn)壓器需要幾個(gè)周期來(lái)響應(yīng)直流負(fù)載電流的階躍。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載階躍時(shí)，Vout偏移量等于ΔILoad×ESR，其中ESR是Cout的有效串聯(lián)電阻。ΔILoad也開始對(duì)Cout充電或放電，產(chǎn)生反饋誤差信號(hào)，迫使調(diào)節(jié)器適應(yīng)電流變化并將Vout返回到其穩(wěn)態(tài)值。在該恢復(fù)時(shí)間期間，可以監(jiān)測(cè)Vout是否過(guò)度過(guò)沖或振鈴，過(guò)度過(guò)沖和振鈴表明存在穩(wěn)定性問(wèn)題。

可配置環(huán)路補(bǔ)償允許在廣泛的輸出電容和ESR值范圍內(nèi)優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)，ITH引腳的可用性不僅允許優(yōu)化控制回路行為，而且還提供了直流耦合和交流濾波的閉環(huán)響應(yīng)測(cè)試點(diǎn)，該測(cè)試點(diǎn)的直流步進(jìn)、上升時(shí)間和下降真實(shí)地反映了閉環(huán)響應(yīng)的優(yōu)劣。假設(shè)主要是二階系統(tǒng)，可以使用在該引腳處看到的過(guò)沖的百分比來(lái)估計(jì)相位裕度或阻尼因子，還可以通過(guò)檢查引腳處的上升時(shí)間來(lái)估計(jì)帶寬。

ITH的RC-CC濾波器設(shè)置主極點(diǎn)零環(huán)補(bǔ)償，一旦完成了最終的PCB布局并且確定了特定的輸出電容器類型和值，就可以稍微修改這些值以優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)。必須選擇輸出電容器，因?yàn)楦鞣N類型和值決定了環(huán)路增益和相位。上升時(shí)間為1us至10us的滿載輸出電流的20%至80%的電流脈沖將產(chǎn)生輸出電壓和ITH引腳波形，該波形將在不破壞反饋回路的情況下提供整體回路穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)。

將功率MOSFET和負(fù)載電阻直接置于輸出電容器兩端，并用適當(dāng)?shù)男盘?hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O，是產(chǎn)生實(shí)際負(fù)載階躍條件的一種實(shí)用方法。由輸出電流的階躍變化產(chǎn)生的初始輸出電壓階躍可能不在反饋回路的帶寬內(nèi)，因此該信號(hào)不能用于確定相位裕度，這就是為什么最好查看反饋回路中的ITH引腳信號(hào)，該信號(hào)是濾波和補(bǔ)償?shù)目刂苹芈讽憫?yīng)。

環(huán)路的增益將通過(guò)增加RC來(lái)增加，環(huán)路的帶寬將通過(guò)減少CC來(lái)增加，如果RC增加的因子與CC減少的因子相同，則零頻率將保持不變，從而在反饋環(huán)路的最關(guān)鍵頻率范圍內(nèi)保持相移不變。輸出電壓穩(wěn)定行為與閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有關(guān)，并將展示實(shí)際的整體電源性能。

第二個(gè)更嚴(yán)重的瞬態(tài)是由具有大（>1uF）電源旁路電容器的負(fù)載的切換引起的，放電的旁路電容器有效地與Cout并聯(lián)，導(dǎo)致Vout快速下降。如果負(fù)載開關(guān)電阻較低并且被快速驅(qū)動(dòng)，則沒(méi)有任何調(diào)節(jié)器能夠足夠快地改變其電流輸送以防止輸出電壓的這種突然階躍變化。如果CLoad與Cout之比大于1:50，則應(yīng)控制開關(guān)上升時(shí)間，使負(fù)載上升時(shí)間限制在大約25×Cload，因此10uF電容器需要250us的上升時(shí)間，將充電電流限制在約200mA。

3. PCB layout檢查

在PCB layout時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)來(lái)確保電源的正常運(yùn)行：

1：將底部N-MOSFET MBOT和頂部N-MOSFET MTOP1與Cout放在一個(gè)緊湊的區(qū)域中。

2：IC的信號(hào)接地引腳和接地回路Cintvcc必須返回的Cout–端，由底部N-MOSFET和電容器形成的路徑應(yīng)該具有較短走線長(zhǎng)度，輸出電容器–端應(yīng)盡可能靠近底部MOSFET的源極端。

3：電阻分壓器必須連接在Cout的+端子和信號(hào)接地之間，并靠近VFB引腳，反饋電阻器連接不應(yīng)沿著來(lái)自輸入電容器的高電流輸入走線。

4：Sense+和Sense-之間的濾波電容器應(yīng)盡可能靠近IC，確保在感測(cè)電阻處使用Kelvin連接進(jìn)行精確的電流感測(cè)。

5：INTVCC去耦電容器承載MOSFET驅(qū)動(dòng)器的電流峰值，在INTVCC和GND引腳旁邊直接放置一個(gè)額外的1uF陶瓷電容器，可以大大提高抗噪聲性能。

6：使開關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW1、SW2）、頂柵節(jié)點(diǎn)（TG1、TG2）和升壓節(jié)點(diǎn)（Boost1、Boost2）遠(yuǎn)離敏感的小信號(hào)節(jié)點(diǎn)，特別是遠(yuǎn)離相反通道的電壓和電流感應(yīng)反饋引腳。所有這些節(jié)點(diǎn)都有非常大且高速的信號(hào)，因此應(yīng)該保持在控制器的輸出側(cè)，并使PCB面積最小。

7：使用改進(jìn)的“星形接地”技術(shù)：在PCB板與輸入和輸出電容器同一側(cè)的低阻抗、大銅面積中心接地點(diǎn)連接INTVCC去耦電容器底部、電壓反饋電阻分壓器底端和IC的GND。

4. 特殊設(shè)計(jì)考量：

1：超過(guò)電流感測(cè)引腳上的ABS最大額定值可能會(huì)導(dǎo)致控制器損壞，由于Sense?引腳直接連接到Vlow，因此建議使用具有適當(dāng)額定電壓的快速反應(yīng)二極管來(lái)箝位這些引腳，以減少GND以下的電壓尖峰。二極管應(yīng)放置在控制器IC附近，陰極連接到Sense1-或Sense2-，陽(yáng)極連接到地面。

圖6-1：二極管防護(hù)Sense引腳

2：從控制器IC到外部MOSFET的柵極的TG走線應(yīng)保持盡可能短，以最小化寄生電感，這種電感會(huì)導(dǎo)致電壓峰值，可能超過(guò)驅(qū)動(dòng)器的ABS最大額定值并損壞它們。使用一個(gè)3Ω電阻和1nF電容可以用來(lái)過(guò)濾這些尖峰，如圖6-2所示。如果TG走線大于25mm，則必須在TG1和TG2上同時(shí)使用該過(guò)濾器網(wǎng)絡(luò)，1nF電容器應(yīng)放置在盡可能靠近TG/SW引腳的位置。

圖6-2：TG走線長(zhǎng)度大于25mm時(shí)使用濾波器

5. Debugging

在測(cè)試電路時(shí)，使用DC-50MHz示波器電流探針來(lái)監(jiān)測(cè)電感器中的電流。監(jiān)測(cè)輸出開關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW引腳），使示波器與內(nèi)部振蕩器同步，并探測(cè)實(shí)際輸出電壓。檢查在使用中預(yù)期的工作電壓和電流范圍內(nèi)的性能是否滿足要求。工作頻率應(yīng)保持在輸入電壓范圍（輸入電壓范圍下降到壓降，直到輸出負(fù)載下降到低電流操作閾值以下——通常是突發(fā)模式操作中最大設(shè)計(jì)電流電平的10%）內(nèi)。

在設(shè)計(jì)良好、低噪聲的PCB實(shí)現(xiàn)中，應(yīng)在每個(gè)周期之間保持較穩(wěn)定的占空比。次諧波率下占空比的變化可能表明電流或電壓感測(cè)輸入處存在噪聲耦合或環(huán)路補(bǔ)償不足。如果不需要調(diào)節(jié)器帶寬優(yōu)化，則可以使用環(huán)路的補(bǔ)償來(lái)優(yōu)化較差的PCB布局帶來(lái)的負(fù)面影響。只有在檢查了每個(gè)控制器的單獨(dú)性能后，才能同時(shí)打開兩個(gè)控制器。當(dāng)一個(gè)控制器通道接近其電流比較器的跳閘點(diǎn)，而另一個(gè)通道導(dǎo)通其底部MOSFET時(shí)，由于內(nèi)部時(shí)鐘的定相，這在任一通道上的50%占空比附近發(fā)生，并可能導(dǎo)致較小的占空比抖動(dòng)，但是這種情況比較難發(fā)生。

將VIN從其標(biāo)稱輸入值開始降低，以驗(yàn)證高占空比和欠壓鎖定電路的工作情況，同時(shí)監(jiān)測(cè)輸出。需要檢查在較高的輸出電流或較高的輸入電壓下會(huì)不會(huì)問(wèn)題，如果問(wèn)題伴隨高輸入電壓和低輸出電流模式同時(shí)發(fā)生，可以檢查BOOST、SW、TG（可能還有BG）連接和敏感的電壓、電流引腳之間的電容耦合。放置在電流感測(cè)引腳兩端的電容器需要直接放置在IC引腳附近，該電容器有助于最小化由于高頻電容耦合引起的差分噪聲注入的影響。