如何更好的設(shè)計PWM DC-DC系統(tǒng)？

在直流電路當中，使用的較多的技術(shù)非DC-DC莫屬，它能夠使電壓值的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€電壓值電能。電源設(shè)計當中的DC-DC變換器模塊就是基于這種技術(shù)，它能夠簡化電路的設(shè)計，并且縮短產(chǎn)品的研制周期。與PWM結(jié)合之后，DC-DC就能更好的對模擬電路進行控制。那么如何能更好的完成PWM DC-DC系統(tǒng)的設(shè)計呢?

PWM DC-DC的組成核心電路共分兩大部分，分別是ramp/pulse oscillator和error amplifier.ramp/pulse oscillator的難點在于造出一個具有高線性度的ramp waveform，電路雖然不難，但做到最佳卻頗具難度。通常為了維持高線性度，大都會額外再加個補償電路來解決。

而error amplifier，目前有type II和typ III兩種補償架構(gòu)，而要如何決定type II及typeIII補償電路中的R及C值就需考量整體DC-DC.

error amplifier看似簡單，但是R和C的值卻會決定整個DC-DC系統(tǒng)的穩(wěn)定度與效能。所以，若然不是非常了解整個理論基礎(chǔ)，就冒然的定出R、C值是非常不明智的。

在做DC-DC電路前，根據(jù)所input voltage、output voltage、Iload范圍，用編好的excel來計算出要使用的電感、電容值、type II或者type III補償R和C值各為多少后，用simplis仿真驗證，然后才用spectre來做各個子電路的模擬。不過，用spectre來作模擬所需時間實在很長。

DC-DC電路中，最難的當屬PWM的error amplifier，只要R、C值沒決定好，整個系統(tǒng)的performance都會受到影響，在不斷的調(diào)整中才會漸漸理出個頭緒出來，要想定出R和C值，真的要熟悉整個PWM的理論架構(gòu)。

PWM的DC-DC的gm不能過高或者過低，而是要搭配系統(tǒng)來采用type II或者type III的補償網(wǎng)路、L和C值以及操作頻率所計算出來的。因此，gm值是依據(jù)系統(tǒng)規(guī)格所計算出來的一項規(guī)格，而不是隨意定出來的值。

對于error amplifier，它的考量點乃在于外部電感、電容、ESR所組成的三階filter的pole，再配合分壓電阻的gain、PWM的gain、error amplifier本身的gain、phase.因此并不是error amplifier的gain夠高，phase margin夠?qū)捈纯?。并且要配合整個loop的gain以及phase去算出來，才能夠知道error amplifier的gain和phase margin值是多少，尤其是phase margin，PWM的stability決定了error amplifier的phase margin.

除了errr amplifier外，最麻煩的當屬protection circuit，在DC-DC電路中用到很多protection circuit，如soft-start circuit、under voltage lock out、current liming circuit、thermal shut-down circuit、over current protection、zero current protection等等，各有不同的保護對象與條件。處理不當就會導致DC-DC系統(tǒng)癱瘓，而且各個protection機制又有優(yōu)先權(quán)的區(qū)分，所以這些protection circuit是最麻煩處理的。

目前的系統(tǒng)中絕大部份會有PWM和PFM兩種switching regulator.在正常的PWM模式下操作，如果系統(tǒng)是省電模式，則會進入PFM.這是因為PWM和PFM兩者在輕/重負載下各有其優(yōu)缺點，以往的系統(tǒng)幾乎都只工作在PWM下。

POWER DEVICE的metal bus width絕大部份都是以average current來估算的，仍要小心避免其transient peak current過大，和流過的時間過長的問題。因為一旦transient peak current的值過大，且維持的時間過久，仍然有可能會把meal給燒斷掉。

從核心電路開始，本篇文章對PWM DC-DC系統(tǒng)設(shè)計給出了整體的建議，希望大家在閱讀過此篇文章之后，能對PWM DC-DC的系統(tǒng)設(shè)計有進一步的了解。