為輕載工作而設(shè)計的非同步降壓穩(wěn)壓器

通常情況下，降壓穩(wěn)壓器的設(shè)計針對的是連續(xù)模式工作，這就簡化了輸出電壓計算及系統(tǒng)設(shè)計。然而，如果系統(tǒng)非同步，而且要求在輕載條件下工作，情況就變得更復(fù)雜了。在這些條件下，降壓穩(wěn)壓器可能轉(zhuǎn)而采用不連續(xù)模式工作。占空比從輸出電壓與輸入電壓之比(Vout/Vin)變?yōu)樯婕半姼兄怠⑤斎腚妷?、開關(guān)頻率及輸出電流的一項復(fù)雜函數(shù)。

正常工作

圖1顯示了系統(tǒng)上電時降壓穩(wěn)壓器之降壓控制器的浮動門驅(qū)動器輸出驅(qū)動器段。參考電壓Vref(此單獨電源用于提升能效)為NFET門驅(qū)動器供電，直至二極管電壓降低于參考電壓，使驅(qū)動器能夠完全工作。有足夠的電壓來驅(qū)動FET的門極(G)，因為初始條件規(guī)定輸出為0V，因此FET(Q1)的源極(S)電壓也為0V。

圖1，電期間的降壓穩(wěn)壓器。

反激

足夠的負(fù)載使系統(tǒng)在連續(xù)模式下能夠恰當(dāng)工作。在由FET關(guān)閉導(dǎo)致反激事件期間(參見圖2)，始終有電流通過外部FET或D2流至電感。反激事件在Q1的源極產(chǎn)生受D2壓降限制的電壓。將會有對地的負(fù)電壓。同樣，因為升壓電容(Cboost)的開關(guān)提升了門電壓，有足夠的電壓來驅(qū)動Q1；升壓電容向后為升壓(Boost)引腳提供高壓，并為Q1源極(S)提供了相應(yīng)的負(fù)電壓。

圖2，反激條件。

過渡

在平均電流需求低于電流紋波一半等輕載條件期間，系統(tǒng)將進入不連續(xù)模式。這是由要驅(qū)動受二極管(D2)反向限制的輸出電流的條件導(dǎo)致的。輸出很可能過沖(原因是控制環(huán)路的響應(yīng)時間較慢)，并在過沖位置懸停(hang)，且因較高電壓導(dǎo)致缺乏需求而錯過脈沖，這時的工作通常有點不可預(yù)測。

問題所在

但在我們審視的電路設(shè)置方面還有更多須顧慮的問題。在Q1關(guān)閉后，升壓電容(Cboost)開始通過升壓引腳放電(Iboost)，為任何支撐電路提供電流，并通過D1提供漏電流(Ileakage)，如圖3所示。Q1在不連續(xù)模式下延長的關(guān)閉時間開始為升壓電容中積累的電荷放電，并在允許電荷下降得足夠多的情況下，使其下降到臨界水平。一旦超過臨界水平，就會使Q1 FET不能導(dǎo)通(可能因元件而異，但通常是升壓電容電壓約為3V)。FET的源極大致維持在其穩(wěn)壓電壓(圖3中為8V，取決于

輸出負(fù)載及輸出電容Cout值)。在輸出電容充足放電、為Q1源極提供相對于由經(jīng)D1的升壓引腳電壓(6V-D1)足夠低的電壓之后，Q1才會導(dǎo)通。

圖3，升壓電容放電。

結(jié)論

設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)在所有負(fù)載條件下，對開關(guān)電源設(shè)計進行審慎評估?？紤]的因素包括過溫。高溫將產(chǎn)生漏電流更大的環(huán)境。流入升壓引腳的電流溫度系數(shù)未知，因此，設(shè)計人員也需要檢查低溫條件。還應(yīng)當(dāng)在最壞情況評估仿真過程中使用此結(jié)果，完成系統(tǒng)評估，確定最小電容值。細致的設(shè)計也能夠為計算增添工程緩沖。

本文中所重點探討問題的應(yīng)對方案包括：

1. 增加升壓電容(Cboost)值，消除低壓放電事件。

2. 轉(zhuǎn)向使用對地參考的門驅(qū)動器的元器件。

3. 修改設(shè)計，使其同步工作。

4. 改變連接D1的參考電壓(提高電壓)。

5. 采用低泄漏肖特基二極管替代D1。