高效、低紋波DCS-Control實(shí)現(xiàn)無縫PWM節(jié)能轉(zhuǎn)換

采DCS-Control技術(shù)的同步降壓轉(zhuǎn)換器，它是一款可無縫轉(zhuǎn)換至節(jié)能模式的直接控制調(diào)節(jié)拓?fù)?。這種拓?fù)淙诤狭穗妷耗Ｊ?、電流模式以及遲滯控制拓?fù)涞谋姸鄡?yōu)點(diǎn)，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)順滑轉(zhuǎn)入節(jié)能模式。本文為您介紹DCS-Control拓?fù)涞墓ぷ髟?，展示其在?jié)能模式下的低輸出電壓紋波、優(yōu)異的瞬態(tài)響應(yīng)以及無縫模式轉(zhuǎn)換性能。

基本工作原理

DC-Control拓?fù)浠旧鲜且环N遲滯拓?fù)洹５?，它整合了幾種電路，同時(shí)擁有電壓模式和電流模式拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)。圖1顯示了DC-Control拓?fù)涞幕窘Y(jié)構(gòu)圖(取自TI的TPS62130降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品說明書)。

圖1 DCS-ControlTM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

DC-Control拓?fù)涞妮斎牍灿袃蓚€(gè)：反饋(FB)引腳和輸出電壓檢測(VOS)引腳。大多數(shù)DC/DC轉(zhuǎn)換器的FB引腳輸入表現(xiàn)均相同。它是誤差放大器或者運(yùn)算放大器的高阻抗輸入，其目的是把FB引腳的誤差信號(hào)輸出至某個(gè)內(nèi)部基準(zhǔn)電壓VREF。與其它DC/DC轉(zhuǎn)換器中一樣，誤差放大器提供精確的輸出電壓調(diào)節(jié)。在輸出電壓(FB引腳)和接地之間的分壓器，設(shè)置輸出電壓的設(shè)定點(diǎn)。就一些器件而言，例如：TI的TPS62131等，通過一個(gè)VOS引腳分壓器內(nèi)部連接FB引腳。這樣便可設(shè)置輸出電壓，減少2個(gè)外部組件，并同時(shí)降低FB引腳的敏感度。在誤差放大器周圍包含相應(yīng)的補(bǔ)償，以確保其穩(wěn)定性。

在輸出電容，VOS引腳直接連接至轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。與FB引腳一樣，它是控制環(huán)路的高阻抗輸入。與FB引腳不同的是，VOS引腳進(jìn)入某個(gè)專有電路，形成電壓斜升。之后，把該電壓斜升與誤差放大器的誤差信號(hào)比較，其同電壓模式和電流模式控制的做法一樣。VOS引腳到比較器的通路，讓DCS-Control拓?fù)鋼碛锌焖俚倪t滯響應(yīng)。VOS的輸出電壓變化直接饋給比較器，并立即對器件的運(yùn)行產(chǎn)生影響。正因如此，VOS引腳對噪聲敏感;因此，輸出電壓從輸出電容器返回至器件VOS引腳的路線應(yīng)盡可能地短和直。VOS引腳電路周圍的相應(yīng)補(bǔ)償，目的是確保穩(wěn)定性。

之后，比較器向控制電路輸出一個(gè)信號(hào)，告訴它是否向柵極驅(qū)動(dòng)器輸出一個(gè)開關(guān)脈沖，以控制高側(cè)MOSFET。比較器與計(jì)時(shí)器電路協(xié)同工作，同時(shí)提供最迅速的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和經(jīng)過調(diào)節(jié)的開關(guān)頻率。

根據(jù)VOUT與VIN的比率，計(jì)時(shí)器設(shè)置一個(gè)能夠擴(kuò)展比較器“導(dǎo)通”時(shí)間控制的最小“導(dǎo)通”時(shí)間。器件產(chǎn)品說明書通常會(huì)使用一個(gè)方程式說明計(jì)時(shí)器設(shè)置的最小“導(dǎo)通”時(shí)間，例如：

在這個(gè)基于TPS62130的舉例中，目標(biāo)開關(guān)時(shí)間為400ns;因此，開關(guān)頻率為其倒數(shù)，即2.5MHz。由于VOUT/VIN因素，調(diào)節(jié)后開關(guān)頻率維持在輸入和輸出電壓范圍，其根據(jù)某個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器的理想占空比調(diào)節(jié)最小“導(dǎo)通”時(shí)間。因此，“導(dǎo)通”時(shí)間方程式還可寫為

低側(cè)MOSFET控制較為簡單。在高側(cè)MOSFET關(guān)閉以后，低側(cè)MOSFET開啟，并有效地使電感電流斜降。當(dāng)電感電流衰減至零，或者比較器讓高側(cè)MOSFET再次開啟時(shí)，低側(cè)MOSFET關(guān)閉。施加相應(yīng)的死時(shí)間，以避免MOSFET出現(xiàn)擊穿電流。節(jié)能模式

DCS-Control拓?fù)涞囊粋€(gè)關(guān)鍵組成部分是其節(jié)能模式。一般而言，大多數(shù)節(jié)能模式均在低負(fù)載電流時(shí)啟用，其通過跳過開關(guān)脈沖和降低器件的電流消耗(靜態(tài)電流)來提高轉(zhuǎn)換效率。跳過開關(guān)脈沖讓器件工作在非連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)下，消除負(fù)電感電流(從輸出端流向輸入端)，如若不然，它會(huì)出現(xiàn)在輕負(fù)載條件下。這類電流只會(huì)破壞前面開關(guān)周期的工作，并帶來更多的損耗，從而降低效率。降低靜態(tài)電流可以提高超輕負(fù)載下的效率。

DCS-Control拓?fù)涞墓?jié)能模式非常簡單。它的實(shí)現(xiàn)電路與前面所述一樣：從節(jié)能模式轉(zhuǎn)換至PWM模式期間，在兩個(gè)不同控制模式之間沒有開關(guān)操作。其它一些控制拓?fù)鋾?huì)在一種節(jié)能模式控制方法和另一種PWM模式方法之間進(jìn)行開關(guān)切換。這樣做，在轉(zhuǎn)換期間可能會(huì)出現(xiàn)電子脈沖干擾和隨機(jī)噪聲。本文后面的“無縫轉(zhuǎn)換”將詳細(xì)說明這種現(xiàn)象。

DCS-Control拓?fù)涫褂靡环N簡單的方法實(shí)現(xiàn)其節(jié)能模式：如果比較器不需要開關(guān)脈沖，則不產(chǎn)生脈沖。因此，如果電感電流