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一款高效绿色降压型开关电源控制器芯片的设计方案一

发布时间:2020-07-21 17:45:55 阅读: 来源:保温电伴热厂家

1 引言

降压型集成开关电源控制器广泛应用于各类便携式设备中。 近年来,随着电池供电的便携式设备,如手机、MP3 播放器、PDA 等性能的提高和功能的日趋丰富,对于开关电源的效率提出了越来越高的要求。

为提高效率和减少片外元器件, 目前应用的Buck变换器通常集成了功率开关和同步整流开关。 同时, 为减小片外电感元件的尺寸以适应便携式设备的应用,开关频率往往设置为几兆甚至更高的数量级。 由此带来的问题是,当变换器工作在轻载条件下, 开关损耗就变成了主要的功率损耗。 而便携式设备恰恰常工作于待机状态即轻载工作状态下,轻载效率对于延长电池的使用寿命至关重要。 因此,提高轻载效率的问题受到了高度关注。

解决上述问题的一种常见方法是在轻载情况下降低开关频率,从而使得变换器的效率保持在与重载近似的水平上。 这种技术有PFM/ PWM 多模式调制、共栅驱动等,但是它们有一个共同的缺点:开关频率随负载调制,这使片外滤波器的设计变得相当复杂。

本文提出的绿色模式降压型功率集成开关电源控制器芯片采用了Burst/ PWM 多模式调制技术,控制变换器在重载下以恒定频率工作在PWM 模式,而当负载降低到一定程度时,自动切换到Burst 模式并以降低的恒定频率工作。 其主要优点是减少了开关损耗, 又不增加片外滤波器的设计复杂度。 此外,Burst 模式还可以根据应用的需要,由用户控制使能或禁止。 并且在模式转换过程中,采用双基准法实现模式转换的平滑过渡和负载迟滞。 同时,芯片引入片上电流检测技术以取代传统的电阻电流检测, 在一定程度上减少了功耗。 功率开关和同步整流开关的集成也简化了片外应用电路的设计。

2 系统设计

本文提出的绿色模式降压型开关电源控制器是一个恒定频率工作、峰值电流控制模式的Buck 变换器,输出电压经由片外分压电阻反馈调节,功率开关和同步整流开关均由片上集成。 系统原理如图1 所示。

图1 系统原理图

2. 1 峰值电流PWM控制模式

DC2DC 变换器的控制策略主要有电压型控制和电流型控制两种。 与电压型控制相比,电流型控制策略因具有较好的线性调整率和较为简单的补偿电路等优点而被广泛采用。

作者提出的绿色模式Buck 变换器在重载条件下工作时,采用峰值电流PWM 控制策略。 通常,根据电感电流检测方法的不同,电流型控制又可分为平均电流控制、峰值电流控制、模拟电流控制等不同模式,其中峰值电流控制模式因对输入电压和输出负载变化的瞬态响应快、具有瞬时峰值电流限流功能等优点,应用最为广泛。

峰值电流控制环路主要由电流环和电压环构成。 控制环路的工作过程由图2 所示。 图中:

V sense = Vin - KIsense (1)

式中 V in是输入电源电压;V sense 是电流检测模块检测到的电压信号; Isense是检测模块检测到的与电感电流成比例的信号。 另外,图2 中的V peak 信号即为受电压环控制的预期要达到的与电感电流峰值相对应的电压信号。

BOM window 对象

Java 字符串

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