基于LM2623比率自適應門控振蕩器控制的 SEPIC 電路設計
加入技術交流群
這些表達式可用于選擇L1 、L2 、C1 和C2 的值，以便獲取開關紋波量值的所需值。
比率自適應門控振蕩器穩(wěn)壓器
美國國家半導體公司的 LM2623 是一款開關穩(wěn)壓器，它包括低端 NMOS 開關，并且設計用于直流/直流轉換器，例如，升壓轉換器和 SEPIC。
正如圖 5 中所描述的那樣，穩(wěn)壓器的控制模式由啟用振蕩器的滯后比較器組成，它能夠驅動開關。
|
可以參考圖 6 理解器件的基本操作。
|
工作周期取決于由R5 和C3 組成的外部無源網(wǎng)絡。 如果R5 和C3 保持斷開，則默認工作周期大約為 17%。 通過工作周期設置值為超過應用所需的最大值來實現(xiàn)。 系統(tǒng)開關持續(xù)，直到輸出電壓到達上限，當輸出到達下限之后系統(tǒng)開關重新開始。 此類操作模式采取所謂的脈沖頻率調制技術。 每個開關周期當電流流經(jīng)電感器時，電感器每個開關周期存儲更多的能量。 當?shù)竭_電壓上限時，輸出電壓通常超過所需電壓，因為電感器中存儲的能量正在傳遞給輸出。 當系統(tǒng)再次開始開關時，輸出電壓也將下沖，因為電感器中的能量需要還原。 大輸出電容器和小電感器在這些情況下將減少紋波。 結果系統(tǒng)中產(chǎn)生的開關頻率不是振蕩器頻率，而是由負載和輸入/輸出電壓確定的較低頻率。 這種操作模式在負載大幅變化的應用中非常有用。
輸出電壓通過電阻器RF1 和PF2 然后從而設置輸出電壓。 電容器CF1 將紋波從輸出直接注入比較器。 這樣一旦到達電壓極限，便觸發(fā)比較器，從而最小化輸出超載和欠載。
如果負載在各種范圍內不變化，則可以使用 LM2623 的比率自適應功能實現(xiàn)所謂的周期到周期 PFM 操作模式。 此技術用于將轉換器的工作周期與輸入到輸出電壓比率所需的工作周期相匹配。 動態(tài)調整工作周期，以便考慮輸出到輸入比率變化。 這樣，電感器中存儲的大多數(shù)能量在每個開關周期內傳遞到負載。 通過在每個開關周期內調整接通和斷開的時間來實現(xiàn)調制，以便滿足負載的電流要求。 電感器中的電流絕不會進入零，就如，各種負載變化在滯后操作模式電路中,或工作周期時，輸入到輸出電壓比率不匹配。 結果，與滯后操作模式相比，輸出紋波要低得多。 圖 7 中顯示了經(jīng)過簡化的比率自適應控制模式方框圖。為簡化起見，我們假定要在轉換器塊中包括開關。
|
可以通過分析圖 8 中所示的振蕩器的體系結構來理解工作周期調制機制。
|
讓我們假定器件已啟用，并且節(jié)點 A 開始時非常高，這表示開關處于開啟狀態(tài)。 在這種狀態(tài)下，節(jié)點 D 和 E 分別位于高和低狀態(tài)，Coff 通過 N2 放電，P1 和 P2 斷開，N1 處于接通狀態(tài)，并且將節(jié)點 D 連接至節(jié)點 B。 VB=VD呈線性下降，在Iosc 給定的時間常量和Con 的大小下，在 NOT 門開關之前，節(jié)點 A、D 和 E 分別變?yōu)榈?、低和高?在此新狀態(tài)下，開關斷開， 通過 P1 放電，N1 和 N2 斷開，而 P2 接通，并且將節(jié)點 D 連接至節(jié)點 C。Vc=VD 呈線性增加，在Iosc 確定的時間常量以及Coff的大小下，在 NOT 門開關之前，節(jié)點 A 再一次變高。
開關頻率由Iosc確定，它是從恒定電流源鏡像的電流，它的電流由Vg和R3 以及兩個電容器的大小設定；如果R5和C3 保持斷開，則通過兩個電容器Con和Coff 間的比率將工作周期設為 17%。
工作周期調制的理想狀態(tài)是通過調制流入頻率插針的直流電流，在接通時間內減慢振蕩器，在斷開時間內加速振蕩器。 在開關和頻率插針之前連接的 和 系列的行為類似直流電來源： 當開關接通時，它從頻率插針中排泄電荷，而當開關斷開時，它將其它電荷注入同一個插針。 兩個方向的電荷傳遞的時間常量如下：
隨著轉換器的輸入電壓下降，交流電荷傳遞變?yōu)檎袷幤麟娏鞯母蟀俜直?；結果是工作周期增加。 通過為 τ 選擇相應的值，電荷傳遞量增加，因為振蕩器因輸入下降而減慢。
下面簡要描述為頻率和工作周期調制選擇外部組件的經(jīng)驗性方法。
VgR3為振蕩器提供直流驅動電流： 當電阻阻值較低時，頻率增加，當輸入電壓值較低時，頻率下降。 在最低值R5時的Vg設置為零，C3增加，直到獲得調制。 C3確定最大電荷傳遞量；較小的R3值需要較大的 值（大于交流電荷傳遞），以便實現(xiàn)相同的工作周期調制百分比。然后R5增加，直到工作周期匹配輸入至輸出比率。 此時，Vg增加到它的最大值。 如果工作周期不足夠下降，則R5將增加，直到工作周期匹配輸入到輸出比率。 輸入再次下降到它的最小值，并且如果工作周期不足夠的高，則C3下降。 此過程將重復，直到時間常量 τ 允許工作周期在整個輸入電壓范圍內相應的變化。
LM2623 的 SEPIC 設計示例
在本節(jié)中，我們介紹周期到周期 PFM 調制模式的 SEPIC 設計示例，具有以下規(guī)范：
 |
標稱最大和最小工作周期如下：
 |
外部無源網(wǎng)絡的分量等于：
 |
這些分量設置介于 1.6MHz 和 1.8MHz 之間的開關頻率，并且允許工作周期在最小和最大所需值之間變化。
SEPIC 中的電感器大小通常選定為限制流入它們的峰值到峰值紋波電流，并且維護持續(xù)的傳導模式。 最好選用后者，因為它導致較低的電磁干擾。 最大電流紋波通常設置介于流經(jīng)每個電感器的平均電流的 30% 和 50% 之間。 作為起點，我們選擇 40% 的值來估計電感的值：
 |
其中η是正確的因素，因寄生效應將考慮功率損耗。
我們選擇L1=L2=15UH，它可以處理下列最大峰值電流：
評論