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DC-DC开关电源治理芯片设计(上)_电压_电流

乖囧猫 2024-11-24 01:48:28 0

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一、弁言

电源是统统电子设备的心脏部分,其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性。
而开关电源更为如此,越来越受到人们的重视。
目前的打算机设备和各种高效便携式电子产品发展趋于小型化,其功耗都比较大,哀求与之配套的电池供电系统体积更小、重量更轻、效率更高,必须采取高效率的 DC/ DC 开关稳压电源。

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目前电力电子与电路的发展紧张方向是模块化、集成化。
具有各种掌握功能的专用芯片,近几年景长很迅速集成化、模块化使电源产品体积小、可靠性高,给运用带来极大方便。

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(图片来自网络侵删)

从另一方面说在开关电源 DC-DC 变换器中,由于输入电压或输出端负载可能涌现颠簸,应保持均匀直流输出电压应能够掌握在所哀求的幅值偏差范围内,须要繁芜的掌握技能,于是各种 PWM掌握构造的研究就成为研究的热点。
在这样的条件下,设计开拓开关电源 DC-DC 掌握芯片,无论是从经济,还是科学研究上都是是很有代价的。

二、开关电源掌握电路事理剖析

DC-DC 变换器便是利用一个或多个开关器件的切换,把某一等级直流输入电压变换成另—等级直流输出电压。
在给定直流输入电压下,通过调节电路开关器件的导通韶光来掌握均匀输出电压 掌握方法之一便是采取某一固定频率进行开关怀换,并通过调度导通区间长度来掌握均匀输出电压,这种方法也称为脉宽调制[PWM]法。

PWM 从掌握办法上可以分为两类,即电压型掌握(voltage mode control)和电流型掌握(current mode control) 。
电压型掌握办法的基本事理便是通过偏差放大器输出旗子暗记与一固定的锯齿波进行比较,产生掌握用的 PWM 旗子暗记。
从掌握理论的角度来讲,电压型掌握办法是一种单环掌握系统。
电压掌握型变换器是一个二阶系统,它有两个状态变量:输出滤波电容的电压和输出滤波电感的电流。
二阶系统是一个有条件稳定系统,只有对掌握电路进行精心的设计和打算后,在知足一定的条件下,闭环系统方能稳定的事情。
图 1 即为电压型掌握的事理框图。

图 1 电压型掌握的事理框图

电流型掌握是指将偏差放大器输出旗子暗记与采样到的电感峰值电流进行比较 . 从而对输出脉冲的占空比进行掌握,使输出的电感峰值电流随偏差电压变革而变革。
电流掌握型是一个一阶系统,而一阶系统是无条件的稳定系统。
是在传统的 PWM 电压掌握的根本上,增加电流负反馈环节,使其成为一个双环掌握系统,让电感电流不在是一个独立的变量,从而使开关变换器的二阶模型变成了一个一阶系统。
旗子暗记。
从图 2 中可以看出,与单一闭环的电压掌握模式比较,电流模式掌握是双闭环掌握系统,外环由输出电压反馈电路形成,内环由互感器采样输出电感电流形成。
在该双环掌握中,由电压外环掌握电流内环,即内环电流在每一开关周期内上升,直至达到电压外环设定的偏差电压阂值。
电流内环是瞬时快速进行逐个脉冲比较事情的,并且监测输出电感电流的动态变革,电压外环只卖力掌握输出电压。
因此电流型掌握模式具有比起电压型掌握模式大得多的带宽。

图 2 电流型掌握事理框图

电流型掌握模式有不少优点:线性调度率(电压调度率)非常好;全体反馈电路变成了一阶电路,由于反馈旗子暗记电路与电压型比较,减少了一阶,因此偏差放大器的掌握环补偿网络得以简化,稳定度得以提高并且改进了频响,具有更大的增益带宽乘积;具有瞬时峰值电流限流功能;简化了反馈掌握补偿网络、负载限流、磁通平衡等电路的设计,减少了元器件的数量和本钱,这对提高开关电源的功率密度,实现小型化,模块化具有主要的意义。
当然了也有缺点,例如占空频年夜于 50%时系统可能涌现不稳定性,可能会产生次谐波振荡;其余,在电路拓扑构造选择上也有局限,在升压型和降压—升压型电路中,由于储能电感不在输出端,存在峰值电流与均匀电流的偏差。
对噪声敏感,抗噪声性差等等。
对付这样的缺陷现在已经有理解决的方案,斜波补偿是很必要的一种方法。

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