模塊電源的替代設(shè)計

模塊電源的替代設(shè)計模塊電源應(yīng)用通信電源,基礎(chǔ)設(shè)施的電源系統(tǒng)分配式電源架構(gòu)(POL)特點

磚結(jié)構(gòu),不需要專門設(shè)計,應(yīng)用簡單成本高內(nèi)部實質(zhì)上仍是采用分立的PWM控制器和功率開關(guān)管板級分立方案

隔離方案●反激拓樸結(jié)構(gòu)PWM控制IC●正激拓樸結(jié)構(gòu)PWM控制IC●全橋拓樸結(jié)構(gòu)PWM控制IC

非隔離方案●Buck或同步Buck拓樸結(jié)構(gòu)PWM控制IC模塊電源的替代設(shè)計模塊電源的替代設(shè)計2種方案比較通用模塊電源板級分立方案靈活性一般很強(qiáng),適用各種且方案可移植尺寸大較小元件數(shù)量很少,一個,易管理多應(yīng)用及設(shè)計應(yīng)用簡單,不需要工程設(shè)計較復(fù)雜,需要專門設(shè)計對設(shè)計人員要求低,不需要有電源設(shè)計能力較高,需要一定電源設(shè)計能力可靠性差一般設(shè)計周期短較長成本高很低Step-Down/Buck變換器設(shè)計VinLCRVo同步Buck變換器:1應(yīng)用于低電壓大電流(低電壓>低占空比續(xù)流管導(dǎo)通更長時間)2高效率Step-Down/Buck變換器設(shè)計操作控制技術(shù)模式在重負(fù)載電流時IAVE>?IRipple電感的電流總是由正方向流動電流不會降到0PWM控制,恒定開關(guān)頻率工作改變占空式調(diào)節(jié)輸出由于開關(guān)頻率固定，噪聲頻譜固定，噪聲頻譜相對窄，使用簡單濾波技術(shù)就可以極大程度的減小峰峰電壓紋波。VinLCrcRVoPWMdCCM連續(xù)電流模式VinLCrcRVoPWMd噪聲不容易濾除在輕負(fù)載電流時IAVE<

?IRipple電感的電流(能量)完全放電到0在電流降到0時刻，二極管阻擋電流的反向流動，電感的電壓降到0開關(guān)頻率與負(fù)載電流成正比負(fù)載進(jìn)一步減小時進(jìn)入變頻操作DCM不連續(xù)電流模式在輕負(fù)載電流時三種工作模式ForcedContinuousModePulseSkipMode(定頻DCM)BurstMode輕負(fù)載電流工作模式ForcedContinuousMode電感中的電流在一個開關(guān)周期一定的時間內(nèi)可以反向流動電流在功率開關(guān)管正反向流動產(chǎn)生功率消耗從而降低效率允許電感電流反向流動優(yōu)點輸出紋波電壓和頻率在整個負(fù)載變化范圍內(nèi)恒定，容易濾除噪聲適合于通訊等要求干擾噪聲低的應(yīng)用PulseSkippingMode允許調(diào)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

一個脈沖將對輸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脈沖當(dāng)輸出電壓降到調(diào)節(jié)的閾值電壓以下時一個新的脈沖開始輸出電壓紋波頻率與負(fù)載電壓成正比在脈沖之間只有靜態(tài)電流Iq產(chǎn)生的功耗只對輸出電壓進(jìn)行處理，不需要對檢測的電流進(jìn)行處理提高了輕載時效率但噪聲大，因為實際的開關(guān)頻率不固定。BurstModeOperation縮短激活模式的時間，從而延長系統(tǒng)待機(jī)的時間最低的靜態(tài)電流Iq功率損耗準(zhǔn)disable控制器，直到輸出電壓到達(dá)設(shè)定的下限閾值電壓滯回控制用脈沖突發(fā)抬高輸出電壓直到輸出電壓到達(dá)設(shè)定的上限閾值電壓。三種模式中噪聲最大需要電流檢測當(dāng)要求的輸出電流降到內(nèi)部設(shè)定的閾值時。

元件關(guān)斷內(nèi)部的振蕩器進(jìn)入低電流工作狀態(tài)。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)。BurstModevs.PulseSkipmode(VoutandIL)BurstmodePulseskipmode提供最好的低負(fù)載電流效率但輸出電壓紋波高提供最低的輸出電壓電流紋波但低負(fù)載電流效率差BurstMode具有最高的輕載效率，其次是PulseSkipMode，F(xiàn)orcedContinuousMode輕載效率最低ForcedContinuousMode具有最好輕載調(diào)整率，其次PulseSkipMode，BurstMode輕載調(diào)整率最差效率與輕載調(diào)整率ForcedContinuousPulseSkippingBurst輕載效率OkayGoodBest負(fù)載調(diào)整率BestGoodOkay噪聲BestGoodOkay結(jié)論VinLCrcRVoPWMddComparatorslopeComp.VrefR1R2誤差放大器補償A(s)功率級：控制對輸出vcVCsloped·TsTsVFBd=k·Vc電壓模式控制BUCK變換器優(yōu)點:不需要精密的電流檢測電阻缺點環(huán)路增益是輸入電壓的函數(shù),需要輸入電壓前饋環(huán)路增益是輸出電容ESR的函數(shù),需要仔細(xì)設(shè)計補償環(huán)路電流檢測/限流控制緩慢不準(zhǔn)確如果多個電源和多個并聯(lián)相位操作,需要外部電路進(jìn)行均流控制電壓模式控制BUCK變換器VinLCrcRsenseRVoPWMdvodComparatorslopecompvcgmRoCthRthCthpCompensationNetworkVrefR1R2C1C2Kref(s)igmveainiL

feedbackITHEAINKiErrorOp-Amp內(nèi)在固有的脈沖峰值限流電感電流真正的軟起動精確的電流檢測環(huán)對于所有陶冶電容容易設(shè)計補償環(huán)路C電流模式控制BUCK變換器優(yōu)點:精確/快速脈沖限流真正的電感電流軟起始容易實現(xiàn)多個相位/多個變換器并聯(lián)操作得到更大輸出電流精確/快速的電流均流可靠性高缺點:需要精密的電流檢測電阻,影響效率和成本電流模式控制BUCK變換器●電流式拓樸結(jié)構(gòu)僅需陶瓷輸出電容和ICVC管腳處簡單的RC網(wǎng)絡(luò)，就能對兩個輸出上的負(fù)載瞬態(tài)作出穩(wěn)定響應(yīng)。與電壓式控制器拓樸相比，這種拓樸結(jié)構(gòu)更省空間、省成本?！耠妷菏娇刂破魍貥阈枰~外的補償器件來優(yōu)化負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。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(yīng)。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，帶有陶瓷電容的電流式步降開關(guān)調(diào)節(jié)器比常用的電壓模式結(jié)構(gòu)更簡單、體積更小、價格更便宜。電流模式和電壓模式比較LCrcRVoPWMdvodComparatorvIthgmRoCthRthCthpCompensationNetworkVrefR1R2C1Kref(s)igmveainiLxRds(on)ITHEAINErrorOp-Amp谷點電流模式控制BUCK變換器VIth

IoiLiLXRds(on)VIth

=iLXRds(on)上管恒定導(dǎo)通時間下管變化導(dǎo)通時間下管變化導(dǎo)通時間調(diào)節(jié)輸出電壓VO上管驅(qū)動信號谷點電流模式控制BUCK變換器iLIo谷點電流模式負(fù)載從0A跳到5A峰值電流模式負(fù)載從0A跳到5A從當(dāng)前的脈沖周期響應(yīng)從下一個脈沖周期響應(yīng)快速負(fù)載響應(yīng):電感的電流波形優(yōu)化高降壓比的