模塊電的替代設計

1、1模塊電源的替代設計模塊電源的替代設計模塊電源應用模塊電源應用n通信電源,基礎設施的電源系統(tǒng)n分配式電源架構(pol)n特點 磚結構,不需要專門設計,應用簡單 成本高 內部實質上仍是采用分立的pwm控制器和功率開關管2n板級分立方案 隔離方案 反激拓樸結構pwm控制ic 正激拓樸結構 pwm控制ic 全橋拓樸結構 pwm控制ic 非隔離方案 buck或同步buck拓樸結構 pwm控制ic模塊電源的替代設計模塊電源的替代設計3模塊電源的替代設計模塊電源的替代設計n2種方案比較 通用模塊電源通用模塊電源板級分立方案板級分立方案靈活性靈活性一般一般很強很強,適用各種且方案可適用各種且方案可移植移植尺

2、寸尺寸大大較小較小元件數(shù)量元件數(shù)量很少很少,一個一個,易管理易管理多多應用及設計應用及設計應用簡單應用簡單,不需要工程設計不需要工程設計較復雜較復雜,需要專門設計需要專門設計對設計人員要求對設計人員要求低低,不需要有電源設計能力不需要有電源設計能力較高較高,需要一定電源設計需要一定電源設計能力能力可靠性可靠性差差一般一般設計周期設計周期短短較長較長成本成本高高很低很低4step-down/buck變換器設計變換器設計vinlcrvo同步buck變換器:1 應用于低電壓大電流(低電壓低占空比續(xù)流管導通更長時間)2 高效率5step-down/buck變換器設計變換器設計操作控制技術模式操作控制技

3、術模式6n在重負載電流時在重負載電流時iave iripplen電感的電流總是由正方向流動電感的電流總是由正方向流動電流不會降到電流不會降到0npwm控制控制,恒定開關頻率工作恒定開關頻率工作改變占空式調節(jié)輸出改變占空式調節(jié)輸出由于開關頻率固定，噪聲頻譜固由于開關頻率固定，噪聲頻譜固定，噪聲頻譜相對窄，使用簡單定，噪聲頻譜相對窄，使用簡單濾波技術就可以極大程度的減小濾波技術就可以極大程度的減小峰峰電壓紋波。峰峰電壓紋波。vinlcrcrvopwmdccm連續(xù)電流模式連續(xù)電流模式7vinlcrcrvopwmd噪聲不容易濾除噪聲不容易濾除n在輕負載電流時在輕負載電流時iave iripplen電感

4、的電流電感的電流(能量能量)完全放電到完全放電到0 在電流降到在電流降到0時刻，二極管阻擋電時刻，二極管阻擋電流的反向流動，電感的電壓降到流的反向流動，電感的電壓降到0n開關頻率與負載電流成正比開關頻率與負載電流成正比 負載進一步減小時進入變頻操作負載進一步減小時進入變頻操作dcm不連續(xù)電流模式不連續(xù)電流模式8n在輕負載電流時三種工作模式在輕負載電流時三種工作模式forced continuous modepulse skip mode(定頻定頻dcm)burst mode輕負載電流工作模式輕負載電流工作模式9forced continuous moden電感中的電流在一個開關周期一定的時電感

5、中的電流在一個開關周期一定的時間內可以反向流動間內可以反向流動u電流在功率開關管正反向流動產生功電流在功率開關管正反向流動產生功率消耗從而降低效率率消耗從而降低效率n允許電感電流反向流動優(yōu)點允許電感電流反向流動優(yōu)點u輸出紋波電壓和頻率在整個負載變化范圍內恒定，容易濾除噪聲輸出紋波電壓和頻率在整個負載變化范圍內恒定，容易濾除噪聲u適合于通訊等要求干擾噪聲低的應用適合于通訊等要求干擾噪聲低的應用10pulse skipping moden允許調節(jié)器跳掉一些不需要的脈沖，允許調節(jié)器跳掉一些不需要的脈沖，從而極大的提高輕載的效率從而極大的提高輕載的效率 u一個脈沖將對輸出電容充電維持足夠一個脈沖將對輸

6、出電容充電維持足夠的輸出能量從而可以跳掉一個或幾個的輸出能量從而可以跳掉一個或幾個脈沖脈沖u當輸出電壓降到調節(jié)的閾值電壓以下當輸出電壓降到調節(jié)的閾值電壓以下時一個新的脈沖開始時一個新的脈沖開始n輸出電壓紋波頻率與負載電壓成正比輸出電壓紋波頻率與負載電壓成正比n在脈沖之間只有靜態(tài)電流在脈沖之間只有靜態(tài)電流iq產生的功產生的功耗耗n只對輸出電壓進行處理，不需要對檢只對輸出電壓進行處理，不需要對檢測的電流進行處理測的電流進行處理u提高了輕載時效率但噪聲大，因為實際的開關頻率不固定。提高了輕載時效率但噪聲大，因為實際的開關頻率不固定。11burst mode operationn縮短激活模式的時間，從

7、而延長系統(tǒng)待機縮短激活模式的時間，從而延長系統(tǒng)待機的時間的時間u最低的靜態(tài)電流最低的靜態(tài)電流iq功率損耗功率損耗n準準disable控制器，直到輸出電壓到達設定的控制器，直到輸出電壓到達設定的下限閾值電壓下限閾值電壓u滯回控制滯回控制n用脈沖突發(fā)抬高輸出電壓直到輸出電壓到用脈沖突發(fā)抬高輸出電壓直到輸出電壓到達設定的上限閾值電壓。達設定的上限閾值電壓。三種模式中噪聲最大三種模式中噪聲最大需要電流檢測當要求的輸出電流降到內部設定的閾值時。需要電流檢測當要求的輸出電流降到內部設定的閾值時。 元件關斷內部的振蕩器進入低電流工作狀態(tài)。元件關斷內部的振蕩器進入低電流工作狀態(tài)。保持低電流的工作，直到輸出電壓

8、降到足夠低要求另一次的電流突發(fā)。保持低電流的工作，直到輸出電壓降到足夠低要求另一次的電流突發(fā)。12burst mode vs. pulse skip mode (vout and il)burst modepulse skip moden提供最好的低負載電流效率提供最好的低負載電流效率n但輸出電壓紋波高但輸出電壓紋波高n提供最低的輸出電壓電流紋波提供最低的輸出電壓電流紋波n但低負載電流效率差但低負載電流效率差13nburst mode具有最高的輕載效率，其次是具有最高的輕載效率，其次是 pulse skip mode，forced continuous mode輕載效率最低輕載效率最低nfor

9、ced continuous mode具有最好輕載調整率，其次具有最好輕載調整率，其次 pulse skip mode， burst mode輕載調整率最差輕載調整率最差效率與輕載調整率效率與輕載調整率14forced continuouspulse skippingburst輕載效率輕載效率okaygoodbest負載調整率負載調整率bestgoodokay噪聲噪聲bestgoodokay結論結論15vinlcrcrvopwmddcomparatorslopecomp.vrefr1r2誤差放大器補償誤差放大器補償a(s)功率級：控制對輸出功率級：控制對輸出vcvcslopedtstsvfbd

10、=kvc電壓模式控制電壓模式控制buck變換器變換器16優(yōu)點優(yōu)點:n不需要精密的電流檢測電阻不需要精密的電流檢測電阻缺點缺點n環(huán)路增益是輸入電壓的函數(shù)環(huán)路增益是輸入電壓的函數(shù),需要輸入電壓前饋需要輸入電壓前饋n環(huán)路增益是輸出電容環(huán)路增益是輸出電容esr的函數(shù)的函數(shù),需要仔細設計補償環(huán)路需要仔細設計補償環(huán)路n電流檢測電流檢測/限流控制緩慢不準確限流控制緩慢不準確n如果多個電源和多個并聯(lián)相位操作如果多個電源和多個并聯(lián)相位操作,需要外部電路進行均流控制需要外部電路進行均流控制電壓模式控制電壓模式控制buck變變換器換器17vinlcrcrsenservopwmdvodcomparatorslope

11、compvcgmrocthrthcthpcompensationnetworkvrefr1r2c1c2kref(s)igmveainil feedbackitheainkierror op-amp內在固有的脈沖峰值限流內在固有的脈沖峰值限流電感電流真正的軟起動電感電流真正的軟起動精確的電流檢測環(huán)精確的電流檢測環(huán)對于所有陶冶電容容易設計補償環(huán)對于所有陶冶電容容易設計補償環(huán)路路c電流模式控制電流模式控制buck變換器變換器18u優(yōu)點優(yōu)點:精確精確/快速脈沖限流快速脈沖限流真正的電感電流軟起始真正的電感電流軟起始容易實現(xiàn)多個相位容易實現(xiàn)多個相位/多個變換器并聯(lián)操作得到更大輸出電流多個變換器并聯(lián)操作得

12、到更大輸出電流精確精確/快速的電流均流快速的電流均流可靠性高可靠性高u缺點缺點:u需要精密的電流檢測電阻需要精密的電流檢測電阻,影響效率和成本影響效率和成本電流模式控制電流模式控制buck變換器變換器19電流式拓樸結構僅需陶瓷輸出電容和ic vc管腳處簡單的rc網絡，就能對兩個輸出上的負載瞬態(tài)作出穩(wěn)定響應。與電壓式控制器拓樸相比，這種拓樸結構更省空間、省成本。 電壓式控制器拓樸需要額外的補償器件來優(yōu)化負載瞬態(tài)響應。典型的電壓式控制器需要電解電容或鉭電容穩(wěn)定控制回路，并維持良好的高頻響應。在相同均方根工作電流的需求下，相同電容值的電解電容或鉭電容比陶瓷電容的體積更大，輸出電壓的波動也更大。因此，

13、帶有陶瓷電容的電流式步降開關調節(jié)器比常用的電壓模式結構更簡單、體積更小、價格更便宜。 n電流模式和電壓模式比較電流模式和電壓模式比較20lcrcrvopwmdvodcomparatorvithgmrocthrthcthpcompensationnetworkvrefr1r2c1kref(s)igmveainil x rds(on)itheainerror op-amp谷點電流模式控制谷點電流模式控制buck變換器變換器21vith ioilil x rds(on)vith = il x rds(on)上管恒定導通時間上管恒定導通時間下管變化導通時間下管變化導通時間下管變化導通時間調節(jié)輸出電壓下管變化導通時間調節(jié)輸出電壓vo上管驅動信號上管驅動信號谷點電流模式控制谷點電流模式控制buck變換器變換器22ilio谷點電流模式谷點電流模式負載從負載從0a跳到跳到5a峰值電流模式峰值電流模式負載從負載從0a跳到跳到5a從當前的脈沖周期響應從當前的脈沖周期響應從下一個脈沖周期響應從下一個脈沖周期響應快速負載響應快速負載響應:電感的電流波形電感的電流波形23優(yōu)化高降壓比的優(yōu)化高降壓比的buck設計設計u優(yōu)點優(yōu)點:寬的輸入寬的輸入電壓電壓范圍范圍不需要電流檢測電阻不