采用 LM2623 比率自適應(yīng)門控振蕩器控制的 SEPIC 電路設(shè)計(jì)
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這些表達(dá)式可用于選擇L1 、L2 、C1 和C2 的值，以便獲取開關(guān)紋波量值的所需值。
比率自適應(yīng)門控振蕩器穩(wěn)壓器
美國國家半導(dǎo)體公司的 LM2623 是一款開關(guān)穩(wěn)壓器，它包括低端 NMOS 開關(guān)，并且設(shè)計(jì)用于直流/直流轉(zhuǎn)換器，例如，升壓轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)開關(guān)。
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可以參考圖 6 理解器件的基本操作。
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工作周期取決于由R5 和C3 組成的外部無源網(wǎng)絡(luò)。 如果R5 和C3 保持?jǐn)嚅_，則默認(rèn)工作周期大約為 17%。 通過工作周期設(shè)置值為超過應(yīng)用所需的最大值來實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)開關(guān)持續(xù)，直到輸出電壓到達(dá)上限，當(dāng)輸出到達(dá)下限之后系統(tǒng)開關(guān)重新開始。 此類操作模式采取所謂的脈沖頻率調(diào)制技術(shù)。 每個(gè)開關(guān)周期當(dāng)電流流經(jīng)電感器時(shí)，電感器每個(gè)開關(guān)周期存儲(chǔ)更多的能量。 當(dāng)?shù)竭_(dá)電壓上限時(shí)，輸出電壓通常超過所需電壓，因?yàn)殡姼衅髦写鎯?chǔ)的能量正在傳遞給輸出。 當(dāng)系統(tǒng)再次開始開關(guān)時(shí)，輸出電壓也將下沖，因?yàn)殡姼衅髦械哪芰啃枰€原。 大輸出電容器和小電感器在這些情況下將減少紋波。 結(jié)果系統(tǒng)中產(chǎn)生的開關(guān)頻率不是振蕩器頻率，而是由負(fù)載和輸入/輸出電壓確定的較低頻率。 這種操作模式在負(fù)載大幅變化的應(yīng)用中非常有用。
輸出電壓通過電阻器RF1 和PF2 然后從而設(shè)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(dá)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(fù)載在各種范圍內(nèi)不變化，則可以使用 LM2623 的比率自適應(yīng)功能實(shí)現(xiàn)所謂的周期到周期 PFM 操作模式。 此技術(shù)用于將轉(zhuǎn)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(dòng)態(tài)調(diào)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(chǔ)的大多數(shù)能量在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)傳遞到負(fù)載。 通過在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)調(diào)整接通和斷開的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)調(diào)制，以便滿足負(fù)載的電流要求。 電感器中的電流絕不會(huì)進(jìn)入零，就如，各種負(fù)載變化在滯后操作模式電路中,或工作周期時(shí)，輸入到輸出電壓比率不匹配。 結(jié)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(yīng)控制模式方框圖。為簡化起見，我們假定要在轉(zhuǎn)換器塊中包括開關(guān)。
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可以通過分析圖 8 中所示的振蕩器的體系結(jié)構(gòu)來理解工作周期調(diào)制機(jī)制。
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讓我們假定器件已啟用，并且節(jié)點(diǎn) A 開始時(shí)非常高，這表示開關(guān)處于開啟狀態(tài)。 在這種狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn) 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(diǎn) D 連接至節(jié)點(diǎn) B。 VB=VD呈線性下降，在Iosc 給定的時(shí)間常量和Con 的大小下，在 NOT 門開關(guān)之前，節(jié)點(diǎn) A、D 和 E 分別變?yōu)榈?、低和高?在此新狀態(tài)下，開關(guān)斷開， 通過 P1 放電，N1 和 N2 斷開，而 P2 接通，并且將節(jié)點(diǎn) D 連接至節(jié)點(diǎn) C。Vc=VD 呈線性增加，在Iosc 確定的時(shí)間常量以及Coff的大小下，在 NOT 門開關(guān)之前，節(jié)點(diǎn) A 再一次變高。
開關(guān)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(gè)電容器的大小設(shè)定；如果R5和C3 保持?jǐn)嚅_，則通過兩個(gè)電容器Con和Coff 間的比率將工作周期設(shè)為 17%。
工作周期調(diào)制的理想狀態(tài)是通過調(diào)制流入頻率插針的直流電流，在接通時(shí)間內(nèi)減慢振蕩器，在斷開時(shí)間內(nèi)加速振蕩器。 在開關(guān)和頻率插針之前連接的 和 系列的行為類似直流電來源： 當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，它從頻率插針中排泄電荷，而當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，它將其它電荷注入同一個(gè)插針。 兩個(gè)方向的電荷傳遞的時(shí)間常量如下：
隨著轉(zhuǎn)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(jié)果是工作周期增加。 通過為 τ 選擇相應(yīng)的值，電荷傳遞量增加，因?yàn)檎袷幤饕蜉斎胂陆刀鴾p慢。
下面簡要描述為頻率和工作周期調(diào)制選擇外部組件的經(jīng)驗(yàn)性方法。
VgR3為振蕩器提供直流驅(qū)動(dòng)電流： 當(dāng)電阻阻值較低時(shí)，頻率增加，當(dāng)輸入電壓值較低時(shí)，頻率下降。 在最低值R5時(shí)的Vg設(shè)置為零，C3增加，直到獲得調(diào)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(shí)現(xiàn)相同的工作周期調(diào)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(shí)，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(fù)，直到時(shí)間常量 τ 允許工作周期在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)相應(yīng)的變化。
LM2623 的 SEPIC 設(shè)計(jì)示例
在本節(jié)中，我們介紹周期到周期 PFM 調(diào)制模式的 SEPIC 設(shè)計(jì)示例，具有以下規(guī)范：
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標(biāo)稱最大和最小工作周期如下：
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外部無源網(wǎng)絡(luò)的分量等于：
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這些分量設(shè)置介于 1.6MHz 和 1.8MHz 之間的開關(guān)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(hù)持續(xù)的傳導(dǎo)模式。 最好選用后者，因?yàn)樗鼘?dǎo)致較低的電磁干擾。 最大電流紋波通常設(shè)置介于流經(jīng)每個(gè)電感器的平均電流的 30% 和 50% 之間。 作為起點(diǎn)，我們選擇 40% 的值來估計(jì)電感的值：
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其中η是正確的因素，因寄生效應(yīng)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(píng)論