當(dāng)談到降壓轉(zhuǎn)換器(又稱巴克轉(zhuǎn)換器)時(shí),設(shè)計(jì)師必須做出許多設(shè)計(jì)選擇,以影響整體系統(tǒng)的性能,包括選擇使用哪種操作模式。雖然有些設(shè)備有很多專門的操作模式,但大多數(shù)降壓轉(zhuǎn)換器只提供兩種模式:電力節(jié)省模式(PSM)和強(qiáng)制脈沖寬度調(diào)制模式(FPWM)。兩種模式的基本區(qū)別發(fā)生在光負(fù)載上;PSM提高了光負(fù)載下的效率,而Fpwm模式保持了較高的開(kāi)關(guān)頻率和較低的輸出電壓波動(dòng)。

哪種操作模式的選擇完全取決于系統(tǒng)中特定的降壓轉(zhuǎn)換器的目的和整個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)。本文將解釋PSM模式與FPWM模式的區(qū)別,并比較和對(duì)比兩種降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)--一種用于光學(xué)模塊,一種用于無(wú)線耳機(jī)--以確定獲得最佳系統(tǒng)級(jí)性能的最佳操作模式。

Fpwm模式運(yùn)行

Fpwm模式是最簡(jiǎn)單的模式,在連續(xù)傳導(dǎo)模式下按其標(biāo)稱開(kāi)關(guān)頻率操作設(shè)備。大多數(shù)降壓轉(zhuǎn)換器從PSM出口,在較高的負(fù)載電流下自動(dòng)操作。

對(duì)于Fpwm模式下的理想降壓變換器,輸出電壓和開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)波形不會(huì)隨負(fù)載電流的變化而改變。這意味著負(fù)載性能的兩個(gè)主要貢獻(xiàn)者--輸出電壓波動(dòng)和開(kāi)關(guān)頻率--不會(huì)改變。不管消耗多少電流,負(fù)載總是由相同的信號(hào)提供動(dòng)力,因此應(yīng)該提供相同的性能。

這種恒波和開(kāi)關(guān)頻率的權(quán)衡是,即使在輕負(fù)荷下,降壓轉(zhuǎn)換器也總是在切換。恒定開(kāi)關(guān)意味著開(kāi)關(guān)損失保持不變,即使負(fù)載電流和輸出功率減少。這就意味著在較輕的載荷下效率會(huì)降低,特別是當(dāng)載荷下降到不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)時(shí)。

PSM模式操作

市場(chǎng)上有許多PSM模式,每個(gè)模式都有自己的具體行為。它們都通過(guò)降低開(kāi)關(guān)頻率來(lái)減少開(kāi)關(guān)損耗,從而提高了光負(fù)載下的效率--高于fpwm模式提供的效率。一種被稱為DCS-控制的常量實(shí)時(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用簡(jiǎn)單的單脈沖PSM來(lái)提供高的光負(fù)載效率和低輸出電壓波動(dòng)。拓?fù)鋸腜SM轉(zhuǎn)變?yōu)镻BM模式的負(fù)載電流是DCM到RAM的邊界。

psms也有較低的靜止電流(I Q 因?yàn)楫?dāng)設(shè)備不開(kāi)關(guān)時(shí),許多內(nèi)部電路會(huì)關(guān)閉。我就這么低了 Q ,再加上較低的開(kāi)關(guān)損失,進(jìn)一步提高效率比f(wàn)pwm模式。

光負(fù)載效率較高的缺點(diǎn)是輸出電壓波波增加和開(kāi)關(guān)頻率降低,兩者都能影響無(wú)線電等負(fù)載的性能。DCS控制系統(tǒng)的PSM是專門設(shè)計(jì)來(lái)克服這些挑戰(zhàn)并成功地為敏感負(fù)載供電的。

以下是在PSM和Fpwm模式之間進(jìn)行選擇所影響的設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重點(diǎn)。

輸出電壓波動(dòng)

圖1 顯示同一裝置在相同工作條件下的輸出電壓波波(3.3V) 在…中 , 1.8 V 在外面 ,無(wú)負(fù)載)適用于PSM模式(圖1A)及Fpwm模式(圖1B)。

(a)

(b)

圖1 PSM模式(A)和Fpwm模式(B)無(wú)負(fù)載下輸出電壓波波的視圖。

DCS-控件的PSM每次輸出一個(gè)脈沖,從而產(chǎn)生輸出電壓的垂直增加。這個(gè)尖峰之后是一個(gè)不需要開(kāi)關(guān)的休息時(shí)間,在這個(gè)時(shí)間里,負(fù)載只從輸出電容器中提取電流。這降低輸出電壓,直到某一水平,當(dāng)另一個(gè)單脈沖發(fā)生.產(chǎn)生的18MV p-p PSM中的輸出電壓波動(dòng)明顯大于Fpwm模式下的5mv,但僅為輸出電壓的1%。額外的波動(dòng)也使被測(cè)的根----平方(RMS)輸出電壓平均上升,從而使輸出電壓的公差更大。如果需要,增加額外的輸出電容可以減少這種波動(dòng),并提高輸出電壓公差.

轉(zhuǎn)換頻率

圖2 顯示在PSM和FPWM模式中測(cè)量的開(kāi)關(guān)頻率,頻率為1.8V 在外面 .Fpwm模式保持較高的開(kāi)關(guān)頻率在光負(fù)載下,而PSM頻率繼續(xù)減少隨著負(fù)載電流減少。

圖2 圖表顯示了PSM模式和Fpwm模式下的開(kāi)關(guān)頻率與負(fù)載電流.

圖1中的時(shí)標(biāo)還反映了在最低開(kāi)關(guān)頻率的極端無(wú)負(fù)載操作條件下PSM和FPWM模式的不同開(kāi)關(guān)頻率。對(duì)于像DCS-控制這樣的單脈沖psms,方程1估計(jì)了特定負(fù)載下的開(kāi)關(guān)頻率。為了計(jì)算最低頻率,在方程中使用降壓變換器的最小負(fù)載電流。

(1)

提高效率

在PSM中工作的主要原因是為了提高效率--從而減少輸入電流--在輕型負(fù)載下。 圖3 顯示了PSM和Fpwm模式之間效率的顯著提高。當(dāng)用對(duì)數(shù)尺度計(jì)算x軸上的負(fù)載電流時(shí),效率差異最為明顯。這最好的顯示光負(fù)荷區(qū)域--低于幾百兆安培(MA)的負(fù)載電流--在那里效率開(kāi)始發(fā)散。

圖3 圖表突出了PSM模式和Fpwm模式的效率和負(fù)載電流。

在Fpwm模式下,當(dāng)固定開(kāi)關(guān)損耗成為輸出功率下降的一個(gè)顯著百分比時(shí),效率開(kāi)始下降。在PSM中,效率降低是因?yàn)?Q 在負(fù)載電流中占很大比例。在這個(gè)例子中,我 Q 由4開(kāi)始降低效率大約幾百微安培的負(fù)載電流。較低的 Q 設(shè)備保持相同的高效率,以降低負(fù)載電流.

系統(tǒng)級(jí)業(yè)績(jī)

光負(fù)載效率與低輸出電壓波動(dòng)和更高開(kāi)關(guān)頻率的權(quán)衡具有系統(tǒng)層次的影響。例如,像無(wú)線耳機(jī)這樣的電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常使用PSM,因?yàn)楣庳?fù)荷下的效率更高會(huì)減少輸入電流,從而延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間。然而,電池供電系統(tǒng)中的一些軌道可能不能以輕負(fù)荷運(yùn)行。負(fù)載電流可能是高的--在這種情況下,降壓轉(zhuǎn)換器可以在PBM中工作--或者負(fù)載電流可能是零,在這種情況下,降壓轉(zhuǎn)換器可能會(huì)完全關(guān)閉。這些軌道可能不會(huì)受益于提高的光負(fù)荷效率。

另一方面,非電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),如光學(xué)模塊,通常更喜歡Fpwm模式。在這些系統(tǒng)中,效率增益與較低的波紋和較高的頻率操作相比是微不足道的,這可能會(huì)影響信號(hào)鏈組件的靈敏度和性能。這里,同樣的非電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),也有使用PSM的例外。那些需要有限的輸入功率消耗的系統(tǒng),例如那些滿足能源效率要求的系統(tǒng)--例如,能源之星--和那些使用目前有限的輸入源的系統(tǒng)--例如USB端口--可能會(huì)大大受益于在輕型負(fù)載下減少的功率消耗。

這就是為什么選擇PSM或Fpwm模式對(duì)輕載運(yùn)行的軌道具有系統(tǒng)級(jí)性能影響的原因。PSM效率的提高通常有利于電池供電系統(tǒng),而輸出電壓波動(dòng)的降低和Fpwm模式的頻率的提高有利于系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率,在這種情況下,降壓轉(zhuǎn)換器的電源電壓對(duì)負(fù)載性能有很大的影響。作為一個(gè)電源設(shè)計(jì)師,您需要根據(jù)您的系統(tǒng)中的每個(gè)軌道如何影響您的系統(tǒng)級(jí)目標(biāo)來(lái)選擇最好的操作模式。