【日经BP社报道】

日本德州仪器营业与技术本部电源管理业务推进部主任工程师弥田秀昭

由开关频率高达6MHz的降圧型DC-DC转换器IC构成的电源电路。整个电路包含2个电容器和1个电感器，封装面积只有13mm2

　　日本德州仪器（日本TI）上市了开关频率高达6MHz的降压型DC-DC转换器IC“TPS62601”。此前该公司推出的DC-DC转换器，开关频率最高是3MHz。而此次将开关频率一下子提高了1倍。

　　目前，在降压型DC-DC转换器IC市场上，开关频率正在疾速高频化。如美国迈瑞（Micrel）推出了频率8MHz产品，美国凌力尔特科技推出了4MHz产品，美国模拟器件推出了3MHz的产品。此外，Bellnix作为模块，投产了5MHz的产品。开关频率之所以日益高频化，主要是因为便携产品日趋小型和薄型化。开关频率越高，外置部件——电容器和电感器就能够做得越小。

　　此次，记者就日本德州仪器所瞄准的市场和实现高频化的技术要素等，采访了该公司营业与技术本部电源管理业务推进部主任工程师弥田秀昭。

——为何投产开关频率高达6MHz的降压型DC-DC转换器IC？

弥田我们着手开发这款产品的原因是：手机等的输入输出接口部分的电源电压很低，只有1.8V。虽然以前也曾有3.3V，但最近只有1.8V了。电源电压降至1.8V，锂离子充电电池的端子电压即使降至约2.3V也可以使用。而非常低的端子电压能够使用，其优点是可以有效利用电池能源，而另一方面也会产生棘手的问题。就是DC-DC转换器IC的输入和输出电压差会变得非常小。必须将2.3V的输入电压变成1.8V的输出电压。

　　输入输出间的电压差变小的话，按照V＝L×di/dt的关系可以得出，输出电压的响应特性会降低。为了解决这个问题，只能减小电感器的感应系数（L）。应将感应系数降至470nH。

　　但是，不能单纯地降低感应系数。因为如果在不改变开关频率的情况下降低感应系数，输出电压的波动会变大。也就是说，降低感应系数和提高开关频率必须配套进行。

　　我们原来的产品3MHz工作的DC-DC转换器IC采用的是1μH的电感器。470nH是其感应系数的约1/2。由于开关频率与感应系数基本成比例关系。则3MHz的2倍是6MHz。因此，我们开发了开关频率为6MHz的降压型DC-DC转换器IC。

——发布的资料强调能够将DC-DC转换器整个电路的高度降至0.6mm，这是不是最初开发的目标？

弥田是的。因输入输出接口部分的电源电压降到了1.8V，我们采用了470nH的电感器，这样就能够将DC-DC转换器整个电路的高度降至0.6mm。并且，封装面积也减至13mm²。而使用本公司原来的3MHz开关产品时，面积为25mm²。

使电源电路发生振荡

——将开关频率提高到6MHz，技术上存在什么问题？

弥田提高开关频率，将难以采用传统的负反馈控制。一般来说，采用负反馈控制时，必须确保该控制系统的稳定性。如果脱离了稳定工作范围，相位会来回摆动。通常情况下，负反馈控制系统的带宽需要确保在开关频率的20％左右。比如，1MHz的DC-DC转换器IC，可以将带宽为200kHz的误差放大器集成在IC中。但是，如果将开关频率提高到6MHz，则需要带宽约为1MHz的宽频带误差放大器。

　　宽频带放大器的耗电量非常大。“饭量特别大”，负荷轻时的耗电量都占整个芯片耗电量的大部分。耗电量这么大，手机等产品是不允许的。

　　所以此次我们未采用负反馈控制。而采用了微分控制。这种控制方式利用比测仪将检测出的输出电压与内部标准电压进行比较，根据比较结果来操作开关。整个电路是环形振荡器，比测仪包含在电路中。环形振荡器的振荡频率为10M～12MHz。以延迟电路将其降至6MHz使用。控制方式为PWM（脉冲宽度调制），负荷轻时切换成PFM（脉冲频率调制）。

——这种控制方式有何缺点？

弥田缺点是开关频率不固定。随着输入电压和负荷状态（输出电流）不同，有时开关频率会降至6MHz以下，有时甚至会降到3MHz。因此，防止EMI较难。不过，由于进入不到可听频率的范围，因此问题不是太大。（未完待续，记者：山下 胜己）

■日文原文
「負帰還制御はかけない」，6MHz動作DC-DCコンバータICの詳細を日本TIが明らかに

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