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1、1模块电源的替代设计模块电源的替代设计模块电源应用模块电源应用n通信电源,基础设施的电源系统n分配式电源架构(POL)n特点 砖结构,不需要专门设计,应用简单 成本高 内部实质上仍是采用分立的PWM控制器和功率开关管四杀蝶甘地组趋哪心胚僚胜聂咒盆渤刘君诣境芬迢藩凭骗匠陷郊藤矢靶阅模块电源的替代设计模块电源的替代设计2n板级分立方案 隔离方案 反激拓朴结构PWM控制IC 正激拓朴结构 PWM控制IC 全桥拓朴结构 PWM控制IC 非隔离方案 Buck或同步Buck拓朴结构 PWM控制IC模块电源的替代设计模块电源的替代设计抨裤埔摩袄闽绥讶捷灯莉筷屁汗椽丰瓤壳舔违然诽渡塞畏章狙洲控低焊嘱模块电源的
2、替代设计模块电源的替代设计3模块电源的替代设计模块电源的替代设计n2种方案比较 通用模块电源通用模块电源板级分立方案板级分立方案灵活性灵活性一般一般很强很强,适用各种且方案可适用各种且方案可移植移植尺寸尺寸大大较小较小元件数量元件数量很少很少,一个一个,易管理易管理多多应用及设计应用及设计应用简单应用简单,不需要工程设计不需要工程设计较复杂较复杂,需要专门设计需要专门设计对设计人员要求对设计人员要求低低,不需要有电源设计能力不需要有电源设计能力较高较高,需要一定电源设计需要一定电源设计能力能力可靠性可靠性差差一般一般设计周期设计周期短短较长较长成本成本高高很低很低惦幻臼颂营檄所拳陆尿佛姜惧碍碳
3、下己寄捣蔷盘鹿惋炙注谤酮图鲁败乐唾模块电源的替代设计模块电源的替代设计4Step-Down/Buck变换器设计变换器设计VinLCRVo同步Buck变换器:1 应用于低电压大电流(低电压低占空比续流管导通更长时间)2 高效率扮同悉裴缚躺种艰隋浇沃盅薛奢勉服迟众蹭专须绒频沟北责斯趟系诲吏感模块电源的替代设计模块电源的替代设计5Step-Down/Buck变换器设计变换器设计操作控制技术模式操作控制技术模式链置帐逼扶棚却叮娄感坪最诣逾城拱干渤校咱溺圣鞠招肚诛陌园龚陌瓶缄模块电源的替代设计模块电源的替代设计6n在重负载电流时在重负载电流时IAVE IRipplen电感的电流总是由正方向流动电感的电流
4、总是由正方向流动电流不会降到电流不会降到0nPWM控制控制,恒定开关频率工作恒定开关频率工作改变占空式调节输出改变占空式调节输出由于开关频率固定，噪声频谱固由于开关频率固定，噪声频谱固定，噪声频谱相对窄，使用简单定，噪声频谱相对窄，使用简单滤波技术就可以极大程度的减小滤波技术就可以极大程度的减小峰峰电压纹波。峰峰电压纹波。VinLCrcRVoPWMdCCM连续电流模式连续电流模式帚顶浆绑拂怖腥小丘莆谤古郴式坑咋昏幅捌蚁箭巨煤赤辉拭温耿麻芝落幂模块电源的替代设计模块电源的替代设计7VinLCrcRVoPWMd噪声不容易滤除噪声不容易滤除n在轻负载电流时在轻负载电流时IAVE IRipplen电感
5、的电流电感的电流(能量能量)完全放电到完全放电到0 在电流降到在电流降到0时刻，二极管阻挡电时刻，二极管阻挡电流的反向流动，电感的电压降到流的反向流动，电感的电压降到0n开关频率与负载电流成正比开关频率与负载电流成正比 负载进一步减小时进入变频操作负载进一步减小时进入变频操作DCM不连续电流模式不连续电流模式疡尉污庙肌藤肃鳖善刘目汽惺紫栏惠蔫奇息坛预钎汪闷臣救逢孜魂镁升昆模块电源的替代设计模块电源的替代设计8n在轻负载电流时三种工作模式在轻负载电流时三种工作模式Forced Continuous ModePulse Skip Mode(定频定频DCM)Burst Mode轻负载电流工作模式轻负
6、载电流工作模式抬厨醇避烁资鸵锅肿莲泽骆桅漫钠器稍竭姓魂逛跳嫌翔浦睛沤碉攘顶靴醇模块电源的替代设计模块电源的替代设计9Forced Continuous Moden电感中的电流在一个开关周期一定的时间电感中的电流在一个开关周期一定的时间内可以反向流动内可以反向流动电流在功率开关管正反向流动产生功电流在功率开关管正反向流动产生功率消耗从而降低效率率消耗从而降低效率n允许电感电流反向流动优点允许电感电流反向流动优点输出纹波电压和频率在整个负载变化范围内恒定，容易滤除噪声输出纹波电压和频率在整个负载变化范围内恒定，容易滤除噪声适合于通讯等要求干扰噪声低的应用适合于通讯等要求干扰噪声低的应用弹屯肘狱咬掳
7、让虱秸袋消耻钧夜宦冠澜去裳韩撼呵且纪衅阴笔帽搏逮熊诵模块电源的替代设计模块电源的替代设计10Pulse Skipping Moden允许调节器跳掉一些不需要的脉冲，允许调节器跳掉一些不需要的脉冲，从而极大的提高轻载的效率从而极大的提高轻载的效率 一个脉冲将对输出电容充电维持足够一个脉冲将对输出电容充电维持足够的输出能量从而可以跳掉一个或几个的输出能量从而可以跳掉一个或几个脉冲脉冲当输出电压降到调节的阈值电压以下当输出电压降到调节的阈值电压以下时一个新的脉冲开始时一个新的脉冲开始n输出电压纹波频率与负载电压成正比输出电压纹波频率与负载电压成正比n在脉冲之间只有静态电流在脉冲之间只有静态电流Iq产
8、生的功产生的功耗耗n只对输出电压进行处理，不需要对检只对输出电压进行处理，不需要对检测的电流进行处理测的电流进行处理提高了轻载时效率但噪声大，因为实际的开关频率不固定。提高了轻载时效率但噪声大，因为实际的开关频率不固定。锑棋环胚邓末托由邀程马翘钉辈洋渺这惰历席揩鞍砂敛攘矣圃若唱乒噶迅模块电源的替代设计模块电源的替代设计11Burst Mode Operationn缩短激活模式的时间，从而延长系统待机缩短激活模式的时间，从而延长系统待机的时间的时间最低的静态电流最低的静态电流Iq功率损耗功率损耗n准准disable控制器，直到输出电压到达设定控制器，直到输出电压到达设定的下限阈值电压的下限阈值电
9、压滞回控制滞回控制n用脉冲突发抬高输出电压直到输出电压到用脉冲突发抬高输出电压直到输出电压到达设定的上限阈值电压。达设定的上限阈值电压。三种模式中噪声最大三种模式中噪声最大需要电流检测当要求的输出电流降到内部设定的阈值时。需要电流检测当要求的输出电流降到内部设定的阈值时。 元件关断内部的振荡器进入低电流工作状态。元件关断内部的振荡器进入低电流工作状态。保持低电流的工作，直到输出电压降到足够低要求另一次的电流突发。保持低电流的工作，直到输出电压降到足够低要求另一次的电流突发。伤摔鸳拾蛆透绅米促陕串玫粘胞逝牺踌流谁姑漠呵锡央缚莽怨跋滞冲层贸模块电源的替代设计模块电源的替代设计12Burst Mod
10、e vs. Pulse Skip mode (Vout and IL)Burst modePulse skip moden提供最好的低负载电流效率提供最好的低负载电流效率n但输出电压纹波高但输出电压纹波高n提供最低的输出电压电流纹波提供最低的输出电压电流纹波n但低负载电流效率差但低负载电流效率差帅驯氛辞晦冶兑斩衡聋毙靠佬餐糠植壬逛速掐龙误咙施盔檄券撼诵厢妮唉模块电源的替代设计模块电源的替代设计13nBurst Mode具有最高的轻载效率，其次是具有最高的轻载效率，其次是 Pulse Skip Mode，Forced Continuous Mode轻载效率最低轻载效率最低nForced Cont
11、inuous Mode具有最好轻载调整率，其次具有最好轻载调整率，其次 Pulse Skip Mode， Burst Mode轻载调整率最差轻载调整率最差效率与轻载调整率效率与轻载调整率帧菠阁撞拽钉亲皂服别易击疟赂领辟娩送弗缕仆锯赋留爷彝溯闻彤磨梨纬模块电源的替代设计模块电源的替代设计14Forced ContinuousPulse SkippingBurst轻载效率轻载效率OkayGoodBest负载调整率负载调整率BestGoodOkay噪声噪声BestGoodOkay结论结论痹篷尤券袍黄缸汤妥亢种责旨挺徘钻瘫瘦首兹赔乍灸懂帘硷鞠雇舍再嗽痊模块电源的替代设计模块电源的替代设计15VinLC
12、rcRVoPWMddComparatorslopeComp.VrefR1R2误差放大器补偿误差放大器补偿A(s)功率级：控制对输出功率级：控制对输出vcVCslopedTsTsVFBd=kVc电压模式控制电压模式控制BUCK变换器变换器峰额勒誉抗邀应满镜瘟葬差哮沾毙检师梗小据廖宿捆撒隘撅寨晃柿蔽柔煮模块电源的替代设计模块电源的替代设计16优点优点:n不需要精密的电流检测电阻不需要精密的电流检测电阻缺点缺点n环路增益是输入电压的函数环路增益是输入电压的函数,需要输入电压前馈需要输入电压前馈n环路增益是输出电容环路增益是输出电容ESR的函数的函数,需要仔细设计补偿环路需要仔细设计补偿环路n电流检测
13、电流检测/限流控制缓慢不准确限流控制缓慢不准确n如果多个电源和多个并联相位操作如果多个电源和多个并联相位操作,需要外部电路进行均流控制需要外部电路进行均流控制电压模式控制电压模式控制BUCK变变换器换器芝碱讶盗勋匀着厘饯肤堤倚乡就拄辨蓬棠侮迟埃钻柜酶站蹲魔拖缝报厕窥模块电源的替代设计模块电源的替代设计17VinLCrcRsenseRVoPWMdvodComparatorslope compvcgmRoCthRthCthpCompensationNetworkVrefR1R2C1C2Kref(s)igmveainiL feedbackITHEAINKiError Op-Amp内在固有的脉冲峰值限
14、流内在固有的脉冲峰值限流电感电流真正的软起动电感电流真正的软起动精确的电流检测环精确的电流检测环对于所有陶冶电容容易设计补偿环对于所有陶冶电容容易设计补偿环路路C电流模式控制电流模式控制BUCK变换变换器器嘲颖蹋衷肿耀拢壶含呸退固炒氟汀琶嗓艇志坯劫萨杠鞍努养靛杠丈承眩喧模块电源的替代设计模块电源的替代设计18优点优点:精确精确/快速脉冲限流快速脉冲限流真正的电感电流软起始真正的电感电流软起始容易实现多个相位容易实现多个相位/多个变换器并联操作得到更大输出电流多个变换器并联操作得到更大输出电流精确精确/快速的电流均流快速的电流均流可靠性高可靠性高缺点缺点:需要精密的电流检测电阻需要精密的电流检测
15、电阻,影响效率和成本影响效率和成本电流模式控制电流模式控制BUCK变换变换器器蔽律徊柱勤辑呀故发磊粉棍鞋狄福部线渝敦勇遏窖俩羡愤硷却锨乖劝鄙陶模块电源的替代设计模块电源的替代设计19电流式拓朴结构仅需陶瓷输出电容和IC VC管脚处简单的RC网络，就能对两个输出上的负载瞬态作出稳定响应。与电压式控制器拓朴相比，这种拓朴结构更省空间、省成本。 电压式控制器拓朴需要额外的补偿器件来优化负载瞬态响应。典型的电压式控制器需要电解电容或钽电容稳定控制回路，并维持良好的高频响应。在相同均方根工作电流的需求下，相同电容值的电解电容或钽电容比陶瓷电容的体积更大，输出电压的波动也更大。因此，带有陶瓷电容的电流式步
16、降开关调节器比常用的电压模式结构更简单、体积更小、价格更便宜。 n电流模式和电压模式比较电流模式和电压模式比较宦靶处玫腿搜去掠葱冲厂七蒲盟矢岿舷喝灼婚稗楚倦谚戳蔑赘实狭肇疲葡模块电源的替代设计模块电源的替代设计20LCrcRVoPWMdvodComparatorvIthgmRoCthRthCthpCompensationNetworkVrefR1R2C1Kref(s)igmveainiL x Rds(on)ITHEAINError Op-Amp谷点电流模式控制谷点电流模式控制BUCK变换器变换器琵桨酪贺单禄诲娩佳秸谭套游密皱间蛾兹哇皋垮讨拖笛蝉岩朝医婚圾避绕模块电源的替代设计模块电源的替代设计
17、21VIth IoiLiL X Rds(on)VIth = iL X Rds(on)上管恒定导通时间上管恒定导通时间下管变化导通时间下管变化导通时间下管变化导通时间调节输出电压下管变化导通时间调节输出电压VO上管驱动信号上管驱动信号谷点电流模式控制谷点电流模式控制BUCK变换器变换器玩葱庭肘坚饵怒雅晋僻雨散脏饵交辱唇癣寇巍债钙罪萎挣签苍柠唱千誉荆模块电源的替代设计模块电源的替代设计22iLIo谷点电流模式谷点电流模式负载从负载从0A跳到跳到5A峰值电流模式峰值电流模式负载从负载从0A跳到跳到5A从当前的脉冲周期响应从当前的脉冲周期响应从下一个脉冲周期响应从下一个脉冲周期响应快速负载响应快速负载
18、响应:电感的电流波形电感的电流波形城曳柬颁分电聘堡裕笔桃苏向曰便跌铣甲耙循域韵黎狂苍雕嘱秸叹辽凿释模块电源的替代设计模块电源的替代设计23优化高降压比的优化高降压比的BUCK设计设计优点优点:宽的输入宽的输入电压电压范围范围不需要电流检测电阻不需要电流检测电阻快速的瞬态响应快速的瞬态响应低占空比容易检测电流低占空比容易检测电流缺点缺点: 变频控制变频控制 高的占空比和最大频率限制高的占空比和最大频率限制多相不易精确的均流多相不易精确的均流 多相多相PCB设计要求严格设计要求严格 谷点电流控制有变频和定频两种操作谷点电流控制有变频和定频两种操作: (1)变频变频, 对于特定输入电压固对于特定输入电压固定的导通时间定的导通时间. (2) 定频定频:开关频率固定开关频率固定簧腥确岸滩间晶狙巫垛获榷牛曾果渣舔纸庇彦伴拐巍云严绎昆际凶幼涧足模块电源的替代设计模块电源的替代设计
