PWM電源控制器拓撲結(jié)構(gòu)及仿電流感測信號技術(shù)

1、關(guān)于寬或高輸入范圍、低電源輸出功率降壓穩(wěn)壓系統(tǒng)的問題

一般來說，常常采用開關(guān)穩(wěn)壓器將不穩(wěn)定的寬與高輸入電壓降低為穩(wěn)定的低輸出電壓。對于必須通過DC/DC轉(zhuǎn)換降低輸入電壓的系統(tǒng)來說，采用開關(guān)穩(wěn)壓器可大幅提高轉(zhuǎn)換效率，這方面遠比線性穩(wěn)壓器好得多。其脈寬調(diào)制PWM電源供應(yīng)控制器有單端拓撲結(jié)構(gòu)與雙端拓撲結(jié)構(gòu)。

1.1單端拓撲結(jié)構(gòu)的控制方法與特征

控制方法有二種，即電壓模式與電流模式。電壓模式是簡易、低噪音的控制方法，可滿足大輸入及輸出范圍的需求。電流模式是帶內(nèi)置電流限制，擁有快速瞬態(tài)響應(yīng)時間。

集成度：集成的軟啟動(可編程)提供了可預(yù)測的啟動能力，而內(nèi)置前沿消隱電路(1eadingedgeblanking)，用以抑制MOSFET管開啟時的轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的毛刺。

性能具有：多種電壓模式控制器都具有輸入電壓前饋能力，可對輸入線電壓的改變做出即時的響應(yīng)；絕大部分的控制器都具有內(nèi)置高電流驅(qū)動能力。無須外置MOSFET驅(qū)動器；更低的啟動電流，以用于脫機應(yīng)用；低工作電流實現(xiàn)了低負載下的高效率；可編程最小化的責任周期限制，實現(xiàn)了低負載下的高效率（如UCC3581)。

特點：在10W350W脫機工作，DC／DC電源；單端拓撲結(jié)構(gòu)電源（降壓型、升壓型、回掃型和正向）。

1.2雙端拓撲結(jié)構(gòu)控制方法與特征

其電流模式的控制技術(shù)是采用逐周期電源限制(cycle-by-cyclecurrentlimltmg)，并以其快速的瞬態(tài)響應(yīng)為特色；而電壓模式是多用途，低噪音的控制方法，可實現(xiàn)大的責任周期范圍。

軟開關(guān)特征：零電壓切換(ZVT)軟開關(guān)技術(shù)最小化了開啟時的功率損耗；相位切換、零電壓轉(zhuǎn)換控制器最大化了全橋轉(zhuǎn)換器的效率。

保護特征：靈活的過電流限制回路提供了可編程的錯誤保護模式；可編程軟啟動實現(xiàn)了初始化時及出錯之后的可預(yù)測啟動；高速，逐周期電流限制；最大化責任周期限制以防止變壓器飽和；可編程停滯時間(deadtime)控制，防止了電源開關(guān)的交叉?zhèn)鲗А?br />
1.3舉例應(yīng)用——更高集成度的PWM控制器MAX5051

MAX5051為雙開關(guān)拓撲PWM控制器，比較理想用于建立高性能、同步整流、48V隔離電源。見圖1 MAX5051功能引腳與應(yīng)用示意圖。其元件數(shù)減少2倍而成本削減3倍。





應(yīng)該說當今大部分內(nèi)置變壓器的直流／直流轉(zhuǎn)換器都采用回掃及正向的電路程式。由于這兩種布局的變壓器匝數(shù)比可以按照不同要求加以設(shè)定，因此可以滿足大部分降壓轉(zhuǎn)換的要求，確保使寬與高輸入／輸出降壓比的應(yīng)用也可充分發(fā)揮轉(zhuǎn)換性能。對于不需要為接地絕緣的系統(tǒng)來說，采用降壓穩(wěn)壓器是較為理想的電路布局。降壓穩(wěn)壓器電路布局的優(yōu)點是成本較低，因為這個解決方案無需采用變壓器。以下是降壓穩(wěn)壓器的電壓轉(zhuǎn)換公式：Vout=VIN ×D。

2、新型集成開關(guān)DC／DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計與應(yīng)用

2.1設(shè)計思想

效率及小尺寸解決方案。若需同時實現(xiàn)最高轉(zhuǎn)換效率及最小化的解決方案尺寸，那么推薦使用帶集成開關(guān)的感應(yīng)轉(zhuǎn)換型轉(zhuǎn)換器是一種理想選擇。低功耗DC／DC轉(zhuǎn)換器系列以及與負載點步降DC／DC轉(zhuǎn)換器可實現(xiàn)97％的峰值效率，如T1的TPS6xxxx與TPS54xxx就是一例。其同步校正不僅取代了不便宜的肖特基校正二極管，同時還使轉(zhuǎn)換器效率的提升高達10％。更高的效率意味著電池驅(qū)動應(yīng)用了額外的操作時間，而大電流應(yīng)用中更低的功耗也放松了對散熱設(shè)計的要求。

因外部僅需電阻、電容及單個電感支持工作，集成的高側(cè)及低側(cè)轉(zhuǎn)換FETs便可有效的降低了占板空間。而取決于不同的輸出電流，其集成開關(guān)DC／DC轉(zhuǎn)換器可采用如下封裝模式：CSP(800mA)、SOT-23(400mA)、QFN-10(1.2A)以及TSSOP-28(13A)，從而更減小了解決方案的尺寸。

關(guān)于輸出電流-輸出電流典型受限于集成FETs的尺寸，并且對于最小輸入電壓來說是額定的，如TPS6xxxx系列。而如TPS54xxx系列輸出電流指示為連續(xù)可用的輸出電流；可實現(xiàn)更高的峰值電流以確保高性能DSP、FPGA及ASIC系統(tǒng)啟動時能有適合的供給。且通過以下方程：

Lout=0.65ⅩIswitch(min) Ⅹ(VinⅩVout)

可實現(xiàn)對輸出電流的粗略估計。對于輸出電流低于300mA及效率低于90％的情況，無電感充電泵DC／DC穩(wěn)壓器會是一個成本及空間效益型的選擇。

關(guān)于輸入電壓-DC／DC轉(zhuǎn)換器能與寬范圍的輸入源協(xié)同運轉(zhuǎn)，包括供電模塊、插頭式電源(wall supply，或稱墻式電源)以及電池。如TPS6xxxx系列及其小外形封裝，低靜態(tài)工作電流都已經(jīng)為低功耗電池驅(qū)動應(yīng)用作了最優(yōu)化。對于電池驅(qū)動系統(tǒng)來說，輸入電壓隨著電池放電在大范圍內(nèi)變動。因此，轉(zhuǎn)換器的選擇就必須取決于所給定的電池工藝水平及數(shù)量。如TPS54xxx SWlFT系列可工作于預(yù)調(diào)節(jié)24V、12V、5V或3.3V的總線電壓。

關(guān)于輸出電壓-當前的高級DSP、FPGA及ASIC芯片要求更低的電源電壓。為實現(xiàn)最大的靈活性，轉(zhuǎn)換器可同時支持額定的及可低至0.7V的可調(diào)節(jié)輸出電壓。

2.2應(yīng)用舉例——5.5V至36V輸入，3A步降DC／DC轉(zhuǎn)換器TPS5430

TPS5430 3A DC／DC轉(zhuǎn)換器對于采用通用12V或24V電源軌的大范圍應(yīng)用來說是理想的選擇。采用相應(yīng)的SWIFT軟件工具能大大地降低開發(fā)時間。圖2為TPS5430功能與應(yīng)用示意圖。其主要特點為：集成110mΩ N道溝MOSFET；固定的500kHz轉(zhuǎn)換頻率；可調(diào)節(jié)輸出電壓低至1.23V；具有內(nèi)置補償與內(nèi)置慢啟動及內(nèi)置陰極負載二極管(bootstrapdiode)；電壓前饋與內(nèi)置過電流保護及熱關(guān)斷；僅有18μA的關(guān)斷靜態(tài)電流；-40℃至125℃的工作交匯溫度范圍；封裝模式：小型化熱強化型8引腳S01CPower PAD封裝。





應(yīng)用領(lǐng)域：在消費應(yīng)用方面，如機頂盒、DVD、LCD顯示；亦可在工業(yè)及車載音頻電源與電池充電器、高功率LED電源及12／24-V分布式電源系統(tǒng)上應(yīng)用。