電源轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)高性能電源管理

控制方法

圖1所示為電感電流連續(xù)流動的連續(xù)傳導(dǎo)工作模式。輸出電壓經(jīng)分壓器R1與R2分壓后由反饋引腳FB讀取，并通過低增益跨導(dǎo)(gm)放大器在誤差比較器上與0.8V參考電壓VREF進(jìn)行比較。如果反饋電壓下降且gm放大器輸出低于0.8V，則誤差比較器將觸發(fā)控制邏輯，生成一個導(dǎo)通時間周期。導(dǎo)通時間周期長度將由固定tON估計(jì)電路預(yù)先確定：

其中，VOUT為輸出電壓，VIN為功率級輸入電壓，fSW為開關(guān)頻率。

圖1：MIC26XXX系列內(nèi)部模塊圖。

在導(dǎo)通時間周期完成后，內(nèi)部高壓側(cè)驅(qū)動器將關(guān)斷高壓側(cè)MOSFET，而低壓側(cè)驅(qū)動器將導(dǎo)通低壓側(cè)MOSFET。在大多數(shù)情形下，關(guān)斷時間周期長度取決于反饋電壓。當(dāng)反饋電壓降低且gm放大器輸出低于0.8V時，將觸發(fā)導(dǎo)通時間周期，此時關(guān)斷時間周期結(jié)束。如果反饋電壓決定的關(guān)斷時間周期小于最小關(guān)斷時間tOFF(min)，則控制邏輯將用tOFF(min)來取代。tOFF(min)是在升壓電容(CBST)中維持足夠的能量來驅(qū)動高壓側(cè)MOSFET時所必需的時間。從tOFF(min)獲得的最大占空比為：

　　 ，其中tS=fSW。

在穩(wěn)態(tài)工作時，最好不要使器件的關(guān)斷時間接近tOFF(min)。另外，在像24V到1.0V的高VIN到VOUT應(yīng)用中，最小tON會導(dǎo)致較低的開關(guān)頻率。在負(fù)載瞬變過程之中，由于關(guān)斷時間變化，開關(guān)頻率也將改變。

為更好地解釋控制環(huán)路工作情況，現(xiàn)在將穩(wěn)態(tài)與負(fù)載的瞬態(tài)情況都討論一下。為了便于分析，假設(shè)gm放大器增益為1，這樣，誤差比較器的反向輸入與反饋電壓相同。

圖2為穩(wěn)態(tài)工作時的控制環(huán)路時序。穩(wěn)態(tài)時，gm放大器通過檢測反饋電壓紋波(此紋波與輸出電壓紋波及電感電流紋波成比例)，來觸發(fā)導(dǎo)通時間周期。導(dǎo)通時間由tON估計(jì)電路預(yù)定，關(guān)斷時間終止由反饋電壓控制。在反饋電壓紋波的底部(VFB下降到低于VREF時產(chǎn)生)，關(guān)斷周期結(jié)束，控制邏輯電路觸發(fā)下一個導(dǎo)通周期。

圖2：穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。

圖3a與3b顯示了傳統(tǒng)PWM控制拓?fù)渑c麥瑞半導(dǎo)體Hyper Speed控制拓?fù)涞呢?fù)載瞬變工作情況。在標(biāo)準(zhǔn)的PWM控制方法中，負(fù)載瞬變時，占空比將增加，并且在維持開關(guān)頻率相對不變的同時，輸出需要一個完整的開關(guān)周期來響應(yīng)。使用Hyper Speed控制拓?fù)?，開關(guān)頻率將在負(fù)載瞬變過程中改變，而一旦輸出穩(wěn)定在新的負(fù)載電流水平，則將恢復(fù)標(biāo)稱固定頻率。由于占空比和開關(guān)頻率發(fā)生變化，因此輸出恢復(fù)時間很快，并且輸出電壓偏差小到可以忽略不計(jì)。