作者：richard nowakowski和brian king, 德州仪器

    由于能小缩减输出电容器和感应器尺寸从而节省板空间，具有更快转换频率的直流-直流（dc/dc）转换器正变得越来越受欢迎。而另一方面，由于处理器内核电压降至1v以下，任务周期缩短了，在更快频率下很难获得低电压，使得负载点电源的需求不断增加。

    很多电源ic供应商都在积极地推销号称能节省空间的更快的dc/dc转换器。一个dc/dc转换器能够以1mh在甚至2mhz的频率转换，这听起来似乎很不错，但是在考虑电源系统的时候，不能光看到尺寸和效率。下面我们来看几个例子，这几个例子都显示了转换频率更高时的优点和缺点。

    选择一个应用

    我们设计并构建了三种不同电源来展示高速转换频率的利弊。这三种电源的输入电压都是5v，输出电压都是1.8v，输出电流3a。这是dsp、asic和fpga等性能处理器的通用要求。为了限定滤波器设计和性能，允许的波纹电压设在20mv，大约是输出电压的1％；峰至峰感应器电流设为1a。

    我们来对比一下这三种频率分别为的350, 700和1600 khz的电源的利弊。三种方案都使用频率1.6 mhz、低电压、带mosfet的tps54317型3 a同步降压dc/dc转换器作为调压器。

    tps54317产自德州仪器，具有可编程频率和外置补偿，专门用于高密度处理器电源负载点应用。

    选择感应器和电容器

    感应器和电容器都是依照下面的简单公式来选择的：

    equation 1:

    v = l x di/dt

    rearranging: l ≥ vout x (1-d)/(δi x fs)

    where: δi = 1 a peak-to-peak; d = 1.8 v/5 v=0.36

    等式1：

    v = l x di/dt

    rearranging: l ≥ vout x (1-d)/(δi x fs)

    此处 δi = 1 a峰至峰; d = 1.8 v/5 v=0.36

    等式2:

    i = c x dv/dt

    rearranging: c ≥ 2 x δi/(8 x fs x δv)

    此处 δv = 20 mv, i = 1 a 峰至峰

    等式2中假定使用了一个有可忽略串联电阻的电容器－陶瓷电容器即是如此。由于它的低电阻和小尺寸，三种方案都选用了陶瓷电容器。上面等式2中2的乘数是随dc偏置出现的电容降，因为这一影响没有算在大多数陶瓷电容器的数据表内。

    图1的电路用来评估测试台上每个方案的性能

    图1：tps54317参考示意图

    在示意图中没有数值的元件就是在各个方案中被更改的元件。输出滤波器由l1和c2组成。三种方案中所有这些元件的数值都在表格1中列出，并根据上面等式结果来选择。

    表格1：频率分别为350khz, 700khz,和1600 khz时的电容器和感应器选项

    必须注意，随着频率的增加，每个感应器的dc电阻会减小。这是因为圈数越少所需的铜线长度就越小。误差放大器补偿元件则根据每个转换频率而单独设计。本文暂不讨论如何选择补偿数值。

    最小启动时间

    数字转换器－数字转换器集成电路（ic）在最小可控制启动时间上有限值，即脉宽调制（pwm）电路可获得的最窄脉宽。在降压转换器中，场效应晶体管(fet)在一个转换周期内处于开启状态的时间比成为任务周期，等于输出电压和输入电压之比。

    上面例子中的tps54317型转换器任务周期为0.36 (1.8v/5.0v)，最小启动时间为数据表中所示的150ns（最大值）。可控制脉宽的限制产生了可获得的最小任务周期，根据等式3可以很容易算出来。一旦知道了最小任务周期，就可以计算出最低可获取输出电压，如等式4和表格2中所示。最低输出电压也受到转换器参考电压限制，tps54317的最低输出电压为0.9v。

    等式3:

    最小任务周期＝最小