模块电源替代设计ppt课件

1、1模块电源的替代设计模块电源的替代设计模块电源运用模块电源运用通讯电源通讯电源,根底设备的电源系统根底设备的电源系统分配式电源架构分配式电源架构(POL)特点特点 砖构造砖构造,不需求专门设计不需求专门设计,运用简单运用简单 本钱高本钱高 内部本质上仍是采用分立的内部本质上仍是采用分立的PWM控制器和功率控制器和功率开关管开关管2n板级分立方案n 隔离方案n 反激拓朴构造PWM控制ICn 正激拓朴构造 PWM控制ICn 全桥拓朴构造 PWM控制ICn 非隔离方案n Buck或同步Buck拓朴构造 PWM控制IC模块电源的替代设计模块电源的替代设计3模块电源的替代设计模块电源的替代设计n2种方案

2、比较 通用模块电源通用模块电源板级分立方案板级分立方案灵活性灵活性一般一般很强很强,适用各种且方案可适用各种且方案可移植移植尺寸尺寸大大较小较小元件数量元件数量很少很少,一个一个,易管理易管理多多应用及设计应用及设计应用简单应用简单,不需要工程设计不需要工程设计较复杂较复杂,需要专门设计需要专门设计对设计人员要求对设计人员要求低低,不需要有电源设计能力不需要有电源设计能力较高较高,需要一定电源设计需要一定电源设计能力能力可靠性可靠性差差一般一般设计周期设计周期短短较长较长成本成本高高很低很低4Step-Down/Buck变换器设计变换器设计VinLCRVo同步Buck变换器:1 运用于低电压大

3、电流(低电压低占空比续流管导通更长时间)2 高效率5Step-Down/Buck变换器设计变换器设计操作控制技术方式操作控制技术方式6n在重负载电流时在重负载电流时nIAVE IRipplen电感的电流总是由正方向流动电感的电流总是由正方向流动n电流不会降到电流不会降到0nPWM控制控制,恒定开关频率任务恒定开关频率任务n改动占空式调理输出改动占空式调理输出由于开关频率固定，噪声频谱固由于开关频率固定，噪声频谱固定，噪声频谱相对窄，运用简单定，噪声频谱相对窄，运用简单滤波技术就可以极大程度的减小滤波技术就可以极大程度的减小峰峰电压纹波。峰峰电压纹波。VinLCrcRVoPWMdCCM延续电流方

4、式延续电流方式7VinLCrcRVoPWMd噪声不容易滤除噪声不容易滤除n在轻负载电流时在轻负载电流时nIAVE IRipplen电感的电流电感的电流(能量能量)完全放电到完全放电到0n 在电流降到在电流降到0时辰，二极管阻挠时辰，二极管阻挠电流的反向流动，电感的电压降到电流的反向流动，电感的电压降到0n开关频率与负载电流成正比开关频率与负载电流成正比n 负载进一步减小时进入变频操负载进一步减小时进入变频操作作DCM不延续电流方式不延续电流方式8n在轻负载电流时三种任务方式nForced Continuous ModenPulse Skip Mode(定频DCM)nBurst Mode轻负载电

5、流任务方式轻负载电流任务方式9Forced Continuous Moden电感中的电流在一个开关周期一定的时间内可以反向流动n电流在功率开关管正反向流动产生功率耗费从而降低效率n允许电感电流反向流动优点n输出纹波电压和频率在整个负载变化范围内恒定，容易滤除噪声n适宜于通讯等要求干扰噪声低的运用10Pulse Skipping Moden允许调理器跳掉一些不需求的脉冲，从而极大的提高轻载的效率 n一个脉冲将对输出电容充电维持足够的输出能量从而可以跳掉一个或几个脉冲n当输出电压降到调理的阈值电压以下时一个新的脉冲开场n输出电压纹波频率与负载电压成正比n在脉冲之间只需静态电流Iq产生的功耗n只对输

6、出电压进展处置，不需求对检测的电流进展处置提高了轻载时效率但噪声大，由于实践的开关频率不固定。提高了轻载时效率但噪声大，由于实践的开关频率不固定。11Burst Mode Operationn缩短激活方式的时间，从而延伸系统待机的时间n最低的静态电流Iq功率损耗n准disable控制器，直到输出电压到达设定的下限阈值电压n滞回控制n用脉冲突发抬高输出电压直到输出电压到达设定的上限阈值电压。三种方式中噪声最大三种方式中噪声最大需求电流检测当要求的输出电流降到内部设定的阈值时。需求电流检测当要求的输出电流降到内部设定的阈值时。 元件关断内部的振荡器进入低电流任务形状。元件关断内部的振荡器进入低电流

7、任务形状。坚持低电流的任务，直到输出电压降到足够低要求另一次的电流突发。坚持低电流的任务，直到输出电压降到足够低要求另一次的电流突发。12Burst Mode vs. Pulse Skip mode (Vout and IL)Burst modePulse skip moden提供最好的低负载电流效率提供最好的低负载电流效率n但输出电压纹波高但输出电压纹波高n提供最低的输出电压电流纹波提供最低的输出电压电流纹波n但低负载电流效率差但低负载电流效率差13nBurst Mode具有最高的轻载效率，其次是 Pulse Skip Mode，Forced Continuous Mode轻载效率最低nFo

8、rced Continuous Mode具有最好轻载调整率，其次 Pulse Skip Mode， Burst Mode轻载调整率最差效率与轻载调整率效率与轻载调整率14Forced ContinuousPulse SkippingBurst轻载效率轻载效率OkayGoodBest负载调整率负载调整率BestGoodOkay噪声噪声BestGoodOkay结论结论15VinLCrcRVoPWMddComparatorslopeComp.VrefR1R2误差放大器补偿误差放大器补偿A(s)功率级：控制对输出功率级：控制对输出vcVCslopedTsTsVFBd=kVc电压方式控制电压方式控制BU

9、CK变换器变换器16优点优点:不需求精细的电流检测电阻不需求精细的电流检测电阻缺陷缺陷环路增益是输入电压的函数环路增益是输入电压的函数,需求输入电压前馈需求输入电压前馈环路增益是输出电容环路增益是输出电容ESR的函数的函数,需求仔细设计补偿环路需求仔细设计补偿环路电流检测电流检测/限流控制缓慢不准确限流控制缓慢不准确假设多个电源和多个并联相位操作假设多个电源和多个并联相位操作,需求外部电路进展均流控制需求外部电路进展均流控制电压方式控制电压方式控制BUCK变变换器换器17VinLCrcRsenseRVoPWMdvodComparatorslope compvcgmRoCthRthCthpCom

10、pensationNetworkVrefR1R2C1C2Kref(s)igmveainiL feedbackITHEAINKiError Op-Amp内在固有的脉冲峰值限流内在固有的脉冲峰值限流电感电流真正的软起动电感电流真正的软起动准确的电流检测环准确的电流检测环对于一切陶冶电容容易设计补偿环对于一切陶冶电容容易设计补偿环路路C电流方式控制电流方式控制BUCK变换器变换器18优点优点:准确准确/快速脉冲限流快速脉冲限流真正的电感电流软起始真正的电感电流软起始容易实现多个相位容易实现多个相位/多个变换器并联操作得到更大输出电流多个变换器并联操作得到更大输出电流准确准确/快速的电流均流快速的电流

11、均流可靠性高可靠性高缺陷缺陷:需求精细的电流检测电阻需求精细的电流检测电阻,影响效率和本钱影响效率和本钱电流方式控制电流方式控制BUCK变换器变换器19电流式拓朴构造仅需陶瓷输出电容和IC VC管脚处简单的RC网络，就能对两个输出上的负载瞬态作出稳定呼应。与电压式控制器拓朴相比，这种拓朴构造更省空间、省本钱。 电压式控制器拓朴需求额外的补偿器件来优化负载瞬态呼应。典型的电压式控制器需求电解电容或钽电容稳定控制回路，并维持良好的高频呼应。在一样均方根任务电流的需求下，一样电容值的电解电容或钽电容比陶瓷电容的体积更大，输出电压的动摇也更大。因此，带有陶瓷电容的电流式步降开关调理器比常用的电压方式构

12、造更简单、体积更小、价钱更廉价。 n电流方式和电压方式比较20LCrcRVoPWMdvodComparatorvIthgmRoCthRthCthpCompensationNetworkVrefR1R2C1Kref(s)igmveainiL x Rds(on)ITHEAINError Op-Amp谷点电流方式控制谷点电流方式控制BUCK变换器变换器21VIth IoiLiL X Rds(on)VIth = iL X Rds(on)上管恒定导通时间上管恒定导通时间下管变化导通时间下管变化导通时间下管变化导通时间调理输出电压下管变化导通时间调理输出电压VO上管驱动信号上管驱动信号谷点电流方式控制谷点电流方式控制BUCK变换器变换器22iLIo谷点电流方式谷点电流方式负载从负载从0A跳到跳到5A峰值电流方式峰值电流方式负载从负载从0A跳到跳到5A从当前的脉冲周期呼应从当前的脉冲周期呼应从下一个脉冲周期呼应从下一个脉冲周期呼应快速负载呼应快速负载呼应:电感的电流波形电感的电流波形23优化高降压比的优化高降压比的BUCK设计设计优点优点:宽的输入电压范围宽的输入电压范围不需求电流检测电阻不需求电流检测电阻快速的瞬态呼应快