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一、DCDC降壓穩壓器是什么

DC-DC電源中常用的降壓穩壓器，依靠兩個功率開關管來執行開關功能。開關管在控制器的驅動作用下，以一定的占空比交替在電感里存儲能量并釋放給負載。一般從芯片是否集成了開關管來區分DCDC降壓穩壓器：降壓轉換器（集成功率開關管）和降壓控制器（外置功率開關管）。

圖1  SCT2A23降壓電路

降壓轉換器如圖1由一顆SCT2A23芯片、一個功率電感L1及輸入輸出電容，構成了100V輸入轉換成12V輸出的降壓電路，功率開關管集成在了芯片內部，如圖2所示HS、LS。

圖2  SCT2A23 芯片內部框圖

降壓控制器如圖3所示，芯片內部無功率開關管。

如圖4所示，降壓控制器內部只有控制電路，故而叫控制器。需外加功率開關管才能構成一個完整的降壓電路：由SCT82A30、兩個功率開關管Q1和Q2、功率電感L1及輸入輸出電容，構成了100V輸入轉換成5V輸出的降壓電路。

圖4 SCT82A30降壓電路

二、轉換器與控制器的應用特點

同步Buck轉換器與控制器到底孰優孰劣涉及諸多考量，如功率需求、空間約束、成本控制等。

實際應用中，轉換器主要用于較高電壓轉換至較低壓的輸出，比如12/24/48V轉5V,5V轉1.2V/1.8V等。這類應用下，下管會有更長的導通時間，因此下管比上管更低的Rdson設計，有利于均衡上下管所產生的導通損耗和覆蓋大部分應用需求。如圖5 SCT2A23，上管Rdson是530mΩ，下管Rdson是220mΩ。

圖5  SCT2A23部分參數

因此對于某些大占空比輸出特殊應用場合時，由于內部MOS固定，轉換器可能不能實現標稱的最大電流能力輸出。控制器則可根據應用需求靈活選擇不同的外置MOSFET，調整上下管的功率損耗分配。

三、如何正確選擇Buck控制器的功率MOS

功率MOS作為Buck系統功率路徑的閥門與功率損耗的承載者，選好功率開關管對電源系統的高效穩定運作十分重要。這需要系統效率/溫升情況/空間尺寸/成本等多維度綜合考慮。 

1 功率MOS的耐壓

MOS管的漏源耐壓需要大于開關節點的最大關斷震蕩尖峰電壓，這需要考慮最大輸入DC電壓下的SW節點尖峰電壓V_{SW_PEAK}=V_{IN_MAX}+V_NOISE 如圖6仿真值

在初步選項時，通常耐壓可以先以V_DS>120%×V_{IN_MAX}的安全裕量進行考慮。噪聲電壓V_NOISE是由功率環路寄生雜感在快速的di/dt開關變化下產生，調試時可以通過減緩開通關斷速率或增加RC吸收的方式降低，確保V_{SW_PEAK}在MOSFET安全耐壓內。

圖6 開關節點電壓尖峰

2 控制器驅動MOS的損耗分析

為確定MOSFET是否適合某一應用，需要先計算其功率損耗和溫升情況，再去考慮哪些關聯參數可以優化。首先，MOSFET上產生的總損耗P_Total=導通P_CON+開關損耗P_SW 如圖7兩部分能量損耗：

圖7  MOSFET功率損耗構成

導通損耗P_CON通過歐姆定律即可得出，D為導通占空比：（1）

上管開關損耗依據如下公式，開通與關斷分別是在電感電流的谷值和峰值進行動作（2）

開關MOS管的開啟關斷過程如下圖8所示，開關過程的損耗發生在電流電壓的極速變化區間，從柵極電壓升至V_{GS_th}閾值電壓到米勒平臺結束的時間，記作tf，從米勒平臺開始到柵極降至V_{GS_th}閾值電壓的時間，記作tr。

圖8  MOSFET開通關斷過程

tr和tf是與控制器的內部驅動參數和外置MOS的特性參數相關，如圖9所示的驅動環路，其計算可根據電荷量公式Q=I×t 近似得出（3）

圖9   控制器驅動MOSFET的驅動環路

式中RG為控制器驅動端外部串聯到MOSFET柵極的驅動電阻。RON_H和RON_L分別是控制器驅動端內部的導通漏源阻抗，如下圖截取控制器SCT82A30電氣性能表格中列出的Gate Driver值。

因此，MOS管的總柵極電荷量Qg、開通閾值電壓VGS_th、驅動器內部的漏源阻抗R_ON以及驅動電壓VDD，對MOS管在高速開關過程中的開關損耗有較大的影響。

下管的開關瞬態過程損耗，主要是死區時間內體二極管的續流損耗，損耗值

P_{SW_L}可由（4）

其中t_{LGD_DT}和t_{HGD_DT}分別是上管導通時的死區時間和下管導通時的死區時間。在規格書中分別是25ns和22ns。

3 確認極限應用時的內部結溫（熱阻）

除了損耗，需要對器件進行熱評估，初步判斷所選MOS管的結溫情況能否滿足所需，確保結溫限制在一定安全裕量。不同的熱特性參數（熱阻）描述的是因損耗產生的熱在不同傳播路徑的阻抗(如圖10)。

圖10  封裝器件熱傳遞路徑

兩節點之間的溫度差（ΔT）=兩點之間的熱阻值Rθ×在器件上的總損耗PTotal；

初步評估通常使用熱阻值RθJA（結溫到環境溫度的熱傳遞路徑）和RθJC（結溫到器件殼表面中心熱傳遞路）（5）

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SCT82A30是一顆5.5V-100V輸入的同步降壓控制器，可以提供驅動端2.3A和3.5A柵極拉罐電流能力，有效降低對外置MOSFET結電容等參數的要求，實現大功率大電流場景應用。內部提供7.5V穩壓源，用于驅動外部MOSFET開通于合理的線性區；

圖11  外部供電VCC圖示

芯片可選兩種外部電源供電為VCC供電，降低了芯片在高輸入電壓時內部LDO耗散的功率, 降低發熱，提高系統整體效率。當EXTVCC超過4.7V時關閉內部LDO、接通到VCC。如圖12在48V/72V應用時，使用外部EXTVCC帶來13%效率提升。

圖12  SCT82A30外部供電效率差異

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