DC-DC開關電源管理芯片設計(上)
發布時間:2020-02-10 責任編輯:lina
【導讀】xinpianshejizhiguanzhongyao,tongshixinpianshejiyeshiguojiazhongdianfazhanxiangmu。yinciduiyuxinpiansheji,womenyinggaijubeiyidinglejie。wangqiwenzhangzhong,xiaobianzengduixinpianshejidejichuneirongyuyijieshao。benwenzhong,weizengjindajiaduixinpianshejidelijie,tedailaiyipianxinpianshejishiliyingyong。qingzhuyi,benwenjinwei DC-DC 開關電源管理芯片設計上篇,下篇將在後續文章中為大家呈現。
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一、引言
電(dian)源(yuan)是(shi)一(yi)切(qie)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)心(xin)髒(zang)部(bu)分(fen),其(qi)質(zhi)量(liang)的(de)好(hao)壞(huai)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。而(er)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)更(geng)為(wei)如(ru)此(ci),越(yue)來(lai)越(yue)受(shou)到(dao)人(ren)們(men)的(de)重(zhong)視(shi)。目(mu)前(qian)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)設(she)備(bei)和(he)各(ge)種(zhong)高(gao)效(xiao)便(bian)攜(xie)式(shi)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)發(fa)展(zhan)趨(qu)於(yu)小(xiao)型(xing)化(hua),其(qi)功(gong)耗(hao)都(dou)比(bi)較(jiao)大(da),要(yao)求(qiu)與(yu)之(zhi)配(pei)套(tao)的(de)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)體(ti)積(ji)更(geng)小(xiao)、重量更輕、效率更高,必須采用高效率的 DC/ DC 開關穩壓電源。
目前電力電子與電路的發展主要方向是模塊化、集成化。具有各種控製功能的專用芯片,近幾年發展很迅速集成化、模塊化使電源產品體積小、可靠性高,給應用帶來極大方便。
從另一方麵說在開關電源 DC-DC 變bian換huan器qi中zhong,由you於yu輸shu入ru電dian壓ya或huo輸shu出chu端duan負fu載zai可ke能neng出chu現xian波bo動dong,應ying保bao持chi平ping均jun直zhi流liu輸shu出chu電dian壓ya應ying能neng夠gou控kong製zhi在zai所suo要yao求qiu的de幅fu值zhi偏pian差cha範fan圍wei內nei,需xu要yao複fu雜za的de控kong製zhi技ji術shu,於yu是shi各ge種zhong PWM 控製結構的研究就成為研究的熱點。在這樣的前提下,設計開發開關電源 DC-DC 控製芯片,無論是從經濟,還是科學研究上都是是很有價值的。
二、開關電源控製電路原理分析
DC-DC 變換器就是利用一個或多個開關器件的切換,把某一等級直流輸入電壓變換成另—等級直流輸出電壓。在給定直流輸入電壓下,通過調節電路開關器件的導通時間來控製平均輸出電壓 控製方法之一就是采用某一固定頻率進行開關切換,並通過調整導通區間長度來控製平均輸出電壓,這種方法也稱為脈寬調製[PWM]法。
PWM 從控製方式上可以分為兩類,即電壓型控製(voltage mode control)和電流型控製(current mode control) 。電壓型控製方式的基本原理就是通過誤差放大器輸出信號與一固定的鋸齒波進行比較,產生控製用的 PWM 信號。從控製理論的角度來講,電壓型控製方式是一種單環控製係統。電壓控製型變換器是一個二階係統,它有兩個狀態變量:shuchulvbodianrongdedianyaheshuchulvbodiangandedianliu。erjiexitongshiyigeyoutiaojianwendingxitong,zhiyouduikongzhidianlujinxingjingxindeshejihejisuanhou,zaimanzuyidingdetiaojianxia,bihuanxitongfangnengwendingdegongzuo。tu 1 即為電壓型控製的原理框圖。

圖 1 電壓型控製的原理框圖
電流型控製是指將誤差放大器輸出信號與采樣到的電感峰值電流進行比較 . congerduishuchumaichongdezhankongbijinxingkongzhi,shishuchudedianganfengzhidianliusuiwuchadianyabianhuaerbianhua。dianliukongzhixingshiyigeyijiexitong,eryijiexitongshiwutiaojiandewendingxitong。shizaichuantongde PWM 電dian壓ya控kong製zhi的de基ji礎chu上shang,增zeng加jia電dian流liu負fu反fan饋kui環huan節jie,使shi其qi成cheng為wei一yi個ge雙shuang環huan控kong製zhi係xi統tong,讓rang電dian感gan電dian流liu不bu在zai是shi一yi個ge獨du立li的de變bian量liang,從cong而er使shi開kai關guan變bian換huan器qi的de二er階jie模mo型xing變bian成cheng了le一yi個ge一yi階jie係xi統tong。信xin號hao。從cong圖tu 2 中zhong可ke以yi看kan出chu,與yu單dan一yi閉bi環huan的de電dian壓ya控kong製zhi模mo式shi相xiang比bi,電dian流liu模mo式shi控kong製zhi是shi雙shuang閉bi環huan控kong製zhi係xi統tong,外wai環huan由you輸shu出chu電dian壓ya反fan饋kui電dian路lu形xing成cheng,內nei環huan由you互hu感gan器qi采cai樣yang輸shu出chu電dian感gan電dian流liu形xing成cheng。在zai該gai雙shuang環huan控kong製zhi中zhong,由you電dian壓ya外wai環huan控kong製zhi電dian流liu內nei環huan,即ji內nei環huan電dian流liu在zai每mei一yi開kai關guan周zhou期qi內nei上shang升sheng,直zhi至zhi達da到dao電dian壓ya外wai環huan設she定ding的de誤wu差cha電dian壓ya閡he值zhi。電dian流liu內nei環huan是shi瞬shun時shi快kuai速su進jin行xing逐zhu個ge脈mai衝chong比bi較jiao工gong作zuo的de,並bing且qie監jian測ce輸shu出chu電dian感gan電dian流liu的de動dong態tai變bian化hua,電dian壓ya外wai環huan隻zhi負fu責ze控kong製zhi輸shu出chu電dian壓ya。因yin此ci電dian流liu型xing控kong製zhi模mo式shi具ju有you比bi起qi電dian壓ya型xing控kong製zhi模mo式shi大da得de多duo的de帶dai寬kuan。

圖 2 電流型控製原理框圖
電流型控製模式有不少優點:線性調整率(電壓調整率)非常好;整zheng個ge反fan饋kui電dian路lu變bian成cheng了le一yi階jie電dian路lu,由you於yu反fan饋kui信xin號hao電dian路lu與yu電dian壓ya型xing相xiang比bi,減jian少shao了le一yi階jie,因yin此ci誤wu差cha放fang大da器qi的de控kong製zhi環huan補bu償chang網wang絡luo得de以yi簡jian化hua,穩wen定ding度du得de以yi提ti高gao並bing且qie改gai善shan了le頻pin響xiang,具ju有you更geng大da的de增zeng益yi帶dai寬kuan乘cheng積ji;具有瞬時峰值電流限流功能;簡化了反饋控製補償網絡、負載限流、磁通平衡等電路的設計,減少了元器件的數量和成本,這對提高開關電源的功率密度,實現小型化,模塊化具有重要的意義。
當然了也有缺點,例如占空比大於 50%時係統可能出現不穩定性,可能會產生次諧波振蕩;另外,在電路拓撲結構選擇上也有局限,在升壓型和降壓—升(sheng)壓(ya)型(xing)電(dian)路(lu)中(zhong),由(you)於(yu)儲(chu)能(neng)電(dian)感(gan)不(bu)在(zai)輸(shu)出(chu)端(duan),存(cun)在(zai)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)與(yu)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)的(de)誤(wu)差(cha)。對(dui)噪(zao)聲(sheng)敏(min)感(gan),抗(kang)噪(zao)聲(sheng)性(xing)差(cha)等(deng)等(deng)。對(dui)於(yu)這(zhe)樣(yang)的(de)缺(que)點(dian)現(xian)在(zai)已(yi)經(jing)有(you)了(le)解(jie)決(jue)的(de)方(fang)案(an),斜(xie)波(bo)補(bu)償(chang)是(shi)很(hen)必(bi)要(yao)的(de)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)。
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