隨著科技的進步，市面上各式各樣的電源管理IC如雨後春筍般大量的湧現、迅速的發展，提供給使用者更多應用的範圍與規範，但如何化繁為簡、去蕪存菁，將是考驗一個電源設計工程師最根本議題。
有鑑於此，筆者在此利用所學，將降壓式電源應用設計分為三個章節：DC/DC小訊號穩定與迴路補償、Buck元件的選用以及PCB Layout效率提升一一去探討，並使用AIC2862輕載高效率電源IC，期望設計出一組極至完美的電源模組。
DC/DC小訊號穩定與迴路補償
設計DC/DC轉換器的補償器時，所要補償的對象是DC/DC轉換器的開路小信號轉移函數。而就DC/DC補償器的設計上，主要有Type-I、Type-II以及Type-III三種補償方式，以下就三種補償方式近一步探討。
Type-I補償器是最簡單且最單純的補償方式，可提升低頻增益，但是無法提升相位，圖一為Type-I補償器及其波德圖。而Type-II補償器為Type-I補償器的進化版，將圖一的Type-I補償器增加RF及CCF後，便形成圖二的Type-II補償器。Type-II補償器有一個零點Wz1及一個極點Wp1，可以提升最多90度的相位，另外就原件選擇上，Type-II補償器其CF>>CCF。
最後要介紹Type-III補償器，其可視為Type-II與Type-I的再進化版，圖三為典型的Type-III補償器與其波德圖。就交流訊號而言，Type-II補償器的交流增益為RF/R1，若Type-II補償器的增益RF/R1依然無法滿足需求時，則此時可在RF之處串連CF以提昇交流阻抗；如果要避免高頻的雜訊被放大，則可在RF、CF旁並連一個CCF，以降低高頻增益。
經由加入了RF、CCF的Type-I補償器即為Type-II補償器，其中CF>>CCF，它有起始相位-90度，及最高90度的相位提昇（phase boost）。若要提昇更多相位提昇，可在R1加入R2與C，其中R1>>R3，此時形成Type-III架構。Type-III補償器，它有起始相位-90度及最高達180度的相位提昇。
而就目前DC/DC轉換器的架構，有電路簡單不容易補償的Voltage Mode與電路較複雜容易補償的Current Mode兩種。筆者設計的AIC2862電源模組則是採用Current Mode的轉換器架構，使用在較小電流、內建Power MOS的電源模組。
至於補償器的選擇上，小電流Current Mode的降壓轉換器，大部份還是採用Type-II補償器，原因在於電路簡單、容易實現，同時可以補償起始相位-90度，至最高90度的相位提昇。
圖四為AIC2862電路補償波德圖，其中DC/DC轉換器開迴路，將會產生受輸出負載與輸出電容所影響的極點（FP1），以及輸出電容所產生的ESR零點（FESR）。
利用Type-II補償器的方式將DC/DC開迴路轉換器，再補入一個極點（FP2）與一個零點（FZ1），設計上筆者建議補償器的零點盡量往低頻設計，補償器的極點則往高頻設計，其目的在使完整閉迴路DC/DC轉換器，可以盡可能工作在穩定（Stable）條件。
Buck元件的選用
元件的選用上，AIC2862已將大部分的元件放入IC中，設計上只要考慮如何選用較佳的電感、適當的輸出入電容以及分壓電阻設計的輸出電壓。當然，如果注重電源啟動（Start-up）升壓瞬間的品質，我們還會特別選定緩啟動（Soft-Start）的電容。
圖五為AIC2862正常情形下的應用線路，其電路架購可工作在PWM與PSM兩種模式：輕載下，可以工作於輕載高效率的省電模式（Pulse Skip Modulation；PSM）；重載下的定頻模式（Pulse Width Modulation；PWM），可以高效率提供負載使用。
PCB Layout效率提升
PCB Loyout在應用設計上是很重要的，如何讓電源模組在有限的PCB版子上達到最佳效率，往往考驗設計者的功力與經驗。首先，在製作這個PCB電路設計技巧上，要將大電流（High di/dt）迴路的元件先擺上，以利大電流迴路的佈線為最短距離，同時佈線要寬，以提昇類比式降壓穩壓電路的效率。至於接地面的多個導孔並聯可以有效降低PCB銅板上的電感與電阻性，而使整個接地面（Ground）具有完整性。
| 《圖六 高效率降壓式電源模組PCB Layout》 |
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如圖六為整個降壓式電源模組PCB Layout，設計上將其列為以下重點，希望幫助讀者快速的去檢查自己的降壓式電源模組，以利設計出更好、效率極佳的降壓式電源模組。
- (1) 輸入電容必需與IC VIN輸入端和接地面（Ground），形成一極短的閉迴路，以防止整個電源模組輸入端，較大的輸入鏈波與雜訊（Ripple and Noise）流入IC，造成IC誤動作與電壓不穩。
- (2) 輸出迴路上，請將大電流路徑的電感與IC內部Power MOS放近一點；如果在較大的電流輸出情形下，也可以放置蕭特基二極體（Schottky Diode；D1），以降低內部Power MOS的RDS（ON）以及提升電流放電路徑，當然，這顆Diode Layout上必須與IC內部Power MOS和電感擺放近一點。
- (3) IC的FB接腳直接連接至回授電阻，這個回授路徑必須遠離雜訊源，以確保輸出電壓不受其他訊號干擾。
- (4) 整個接地面（Ground）需要與IC的GND接腳形成一個大面積、完整迴路，以預防及防止電路的雜訊，由輸入的旁路電容Cover進入電源模組的接地面。
- (5) 大電流路徑必須保持短而且銅線面較大，PCB鋪銅路徑必須保持順暢，以防止影響到其他訊號源。
文至於此，您心動了嗎？要不要自己設計一個簡單又便宜高效率降壓式電源電路，那就著手設計看看吧！
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