一款高效綠色降壓型開關(guān)電源控制器芯片的設(shè)計(jì)方案（二）

2. 2 Burst 控制模式

　　在輕載情況下，這個(gè)多模式開關(guān)電源控制器還可以控制變換器工作在Burst 模式。 在這種模式下，功率開關(guān)根據(jù)負(fù)載情況連續(xù)工作幾個(gè)周期再關(guān)斷幾個(gè)周期，因此可以有效地減少開關(guān)損耗和降低靜態(tài)功耗。 對于便攜式設(shè)備應(yīng)用來說，輕載情況下的變換器效率是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，因此Bur st 控制模式必不可少。 Burst 模式的工作過程如圖3 所示。

　　2. 3 模式轉(zhuǎn)換

　　在多模式控制的變換器中，由于在輕重載條件下采用不同的控制策略，會在負(fù)載變化和模式切換的時(shí)候產(chǎn)生一些問題：一是當(dāng)負(fù)載電流正好在所設(shè)定的模式切換點(diǎn)附近波動(dòng)時(shí)，會使變換器在兩種工作模式間反復(fù)切換，極容易造成工作狀態(tài)不穩(wěn)定；二是在模式切換的瞬間會產(chǎn)生較大的過沖電壓，導(dǎo)致器件損壞。 這是多模式變換器普遍存在的一個(gè)嚴(yán)重缺陷。 針對這一缺陷，本文提出一種雙基準(zhǔn)解決方案，即對PWM 模式和Bur st 模式采用不同的基準(zhǔn)電壓，這樣不但可以實(shí)現(xiàn)如前所述的模式切換過程中的遲滯功能，且可抑制一部分過沖電壓。 模式切換時(shí)的工作原理如圖4所示。

　　圖4 模式切換時(shí)的工作原理

　　在Bur st 工作模式中，控制器控制輸出電壓略高于PWM 工作模式中的輸出電壓，設(shè)計(jì)中，Bur st 下限高于EA 基準(zhǔn)的016 % ，上限高于EA 基準(zhǔn)的117 %. 當(dāng)負(fù)載較重時(shí)，變換器工作在PWM 模式，當(dāng)負(fù)載下降到一定值時(shí)，電感電流的峰值不再隨著負(fù)載的變化而變化，輸出電壓上升，直到達(dá)到Bur st 比較器上限時(shí)才會控制功率開關(guān)關(guān)斷，變換器進(jìn)入到Burst 工作模式。 類似，當(dāng)負(fù)載從輕載變到重載，電感電流峰值需要隨著負(fù)載變化而調(diào)整時(shí)，輸出電壓下降，直到達(dá)到EA 基準(zhǔn)變換器才回到PWM 工作模式。 這就相當(dāng)于在模式切換的負(fù)載條件之間形成了一個(gè)遲滯窗口，窗口的下限是EA 基準(zhǔn)，上限是Bur st 比較器上限。 另一方面，設(shè)置兩個(gè)基準(zhǔn)，還可以在模式轉(zhuǎn)換時(shí)提供一個(gè)電壓余量，起到抑制過沖電壓的作用。

　　3 片上電流檢測

　　片上電流檢測就是把檢測電感電流的功能集成到控制芯片內(nèi)部，尤其對于功率集成的控制器來說，其意義就顯得更為重要也較易實(shí)現(xiàn)，且采用片上電流檢測有利于有效簡化外圍應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)。

　　電流檢測可以根據(jù)檢測電路的不同位置分為高邊檢測和低邊檢測，對于Buck 電路來說，若檢測對象是流過功率開關(guān)的電流，多采用高邊檢測；但若檢測對象是流過同步整流開關(guān)的電流，就需采用低邊檢測。 以高邊檢測為例，傳統(tǒng)的檢測方法是利用一個(gè)小電阻與功率開關(guān)串聯(lián)來檢測流過功率開關(guān)的電流。 但受到工藝的限制，小電阻的阻值精度通常是很低的，且會占用較多的芯片面積。 尤其在低電壓供電的系統(tǒng)中，檢測電阻上的損耗和檢測精度都是嚴(yán)重的問題。 因此，本文采用了一種基于電流鏡結(jié)構(gòu)的片上電流檢測技術(shù)，與傳統(tǒng)的電阻檢測方法相比，它的精度較高，功率損耗小。

　　電流檢測電路主要有兩個(gè)功能模塊，一是功率開關(guān)電流檢測模塊，二是峰值電流箝位模塊。

　　功率開關(guān)電流檢測的基本電路原理如圖5 所示。 主要采用電流鏡結(jié)構(gòu)，用一個(gè)與功率開關(guān)成一定比例的MOS 管來鏡像功率開關(guān)的電流。 圖中PM_P 是功率開關(guān)，NM_P 是同步整流開關(guān)。 PMOS 管PM0 和PM_P組成一個(gè)簡單電流鏡結(jié)構(gòu)。 運(yùn)算放大器CSA 的作用是保持PM0 和PM_P 的V DS電壓相等，它是一個(gè)兩級折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)，具有較大的帶寬和較快的響應(yīng)速度，以達(dá)到較高的檢測精度和較大的電流檢測范圍。

　　圖5 功率開關(guān)電流檢測模塊