原作者：英飛凌 汽車電子 顏榮宏 英飛凌汽車電子生態圈
一般的汽車降壓穩壓器規格如下:
- 輸入電壓: 9～16V
- 輸出電壓:3.3V(example)
- 最大輸出電流:3A
- 最低效率需求:85%以上
- 輸出漣波電壓:1～3%
- 開關頻率:400KHz
- 保護機制:過電壓,過電流,低電壓保護
在確定輸入輸出的電壓及電流後, 我們便可以開始著手來過進行一些功率元器件的計算了。
汽車應用的系統日漸增加，而其電子晶片也隨著功能需求的增加其電源功率的電流規格也同步的變大，例如以英飛凌最新一代單片機為例，第一代AURIX 1G的600mA在第二代產品AURIX 2G的新一代晶片也提升至最高1.3A的電流需求。在DCDC開關式降壓穩壓器中，以電流連續模式為最普遍，所以在這裡先以連續模式為例並結合TLS4120D0EPV來作整體電路作電感及電容的設計。
電路設計：
隨著各式產品在外觀尺寸的要求越來越小，於是在電路的設計上也需要越加精簡及高度整合的控制IC，在TLS4120D0EPV這類IC可以看到切換開關晶閘管及保護功能等等皆已被整合（如圖1）。
圖1 TLS4120內部原理圖
輸入工作電壓範圍確認：
使用分壓電阻設計所需輸出電壓：
TLS4120的VFB=0.8V為例， 所以R1及R2可依下列公式來作配置。
工作頻率的設定：
在工作頻率的設定上，以TLS4120D0EP為例，其只需外部的一顆電阻RFREQ即可以完成設定，具體的設定配置可以參考如下表。所以我們只需選擇4.7Kohm來完成400KHz的配置。
電感的設計
首先在一開關式的穩壓器中，除了PWM IC外，最重要不外乎就是電感了。因為在電源能量的轉換中，都是透過電感來作控制，也是為何PWM IC的對外驅動，信號的偵測都是由電感的特性來設計。在下列的公式中, 我先將微積的部分簡單化後, 會形成右邊的一般公式。在下列公式可以看到電流的變化會隨著電感L的大小而變化，如果電壓及周期固定。
從輸入輸出電壓及工作周期的公式中, 我們可以得到如果頻率是320KHz的話，其開關周期及導通時間可以計算如下：Ts=1/400KHz=2.5uS
接著我們可以由下列取得電流的設定值:
如果電感臨界電流點設在30%的地方,意即∆IL=1.8A.
圖2 連續模式電流波形
由上述公式及已知∆IL值, 我們可以求得電感值
以上暫時先不考慮開關及二極體的壓降。
在計算完電感後，下一步我們就可以來大致的計算輸入輸出的電容配置。一般來說，電容中有三個最主要的參數值影響其輸出阻抗及漣波電壓，這三個參數即是等效串聯電阻(ESR)，等效串聯電感及電容值)。而其主要的參數計算公式如下：
輸出電容：
∆Vo為輸出電壓的最大變化值
在連續模式的工作下可依下列公式算出最小電容的需求：
輸入電容：
在輸入電容則較需注意其漣波電流的需求，我們可以以下面的公式去求其最低的電容需求：
在上述的計算中，我們儘量將公式變得簡單以期讓大家可以先了解開關式穩壓器基本的設計方法。在這篇文章中以固定頻率連續電流模式的工作原理為例子來作解說，搭配英飛凌TLSTLS4120D0EP參數配置，即可完成簡單的直流轉直流開關式降壓穩壓器。在實際的原理工作及控制模式中尚有其它模式叫作變動頻率臨界電流模式及變動頻率固定導通時間非連續電流模式。在未來進一步介紹其他工作模式及設計重點。
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