PWM電源控制器拓撲結構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壓系統的問(wèn)題

一般來(lái)說(shuō)，常常采用開(kāi)關(guān)穩壓器將不穩定的寬與高輸入電壓降低為穩定的低輸出電壓。對于必須通過(guò)DC/DC轉換降低輸入電壓的系統來(lái)說(shuō)，采用開(kāi)關(guān)穩壓器可大幅提高轉換效率，這方面遠比線(xiàn)性穩壓器好得多。其脈寬調制PWM電源供應控制器有單端拓撲結構與雙端拓撲結構。

1.1單端拓撲結構的控制方法與特征

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

集成度：集成的軟啟動(dòng)(可編程)提供了可預測的啟動(dòng)能力，而內置前沿消隱電路(1eadingedgeblanking)，用以抑制MOSFET管開(kāi)啟時(shí)的轉換所產(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(xiàn)電壓的改變做出即時(shí)的響應；絕大部分的控制器都具有內置高電流驅動(dòng)能力。無(wú)須外置MOSFET驅動(dòng)器；更低的啟動(dòng)電流，以用于脫機應用；低工作電流實(shí)現了低負載下的高效率；可編程最小化的責任周期限制，實(shí)現了低負載下的高效率（如UCC3581)。

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

1.2雙端拓撲結構控制方法與特征

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)響應為特色；而電壓模式是多用途，低噪音的控制方法，可實(shí)現大的責任周期范圍。

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

保護特征：靈活的過(guò)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(dòng)實(shí)現了初始化時(shí)及出錯之后的可預測啟動(dòng)；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(shí)間(deadtime)控制，防止了電源開(kāi)關(guān)的交叉傳導。

1.3舉例應用——更高集成度的PWM控制器MAX5051

MAX5051為雙開(kāi)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(jiàn)圖1 MAX5051功能引腳與應用示意圖。其元件數減少2倍而成本削減3倍。





應該說(shuō)當今大部分內置變壓器的直流／直流轉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比可以按照不同要求加以設定，因此可以滿(mǎn)足大部分降壓轉換的要求，確保使寬與高輸入／輸出降壓比的應用也可充分發(fā)揮轉換性能。對于不需要為接地絕緣的系統來(lái)說(shuō)，采用降壓穩壓器是較為理想的電路布局。降壓穩壓器電路布局的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，因為這個(gè)解決方案無(wú)需采用變壓器。以下是降壓穩壓器的電壓轉換公式：Vout=VIN ×D。

2、新型集成開(kāi)關(guān)DC／DC轉換器設計與應用

2.1設計思想

效率及小尺寸解決方案。若需同時(shí)實(shí)現最高轉換效率及最小化的解決方案尺寸，那么推薦使用帶集成開(kāi)關(guān)的感應轉換型轉換器是一種理想選擇。低功耗DC／DC轉換器系列以及與負載點(diǎn)步降DC／DC轉換器可實(shí)現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(shí)還使轉換器效率的提升高達10％。更高的效率意味著(zhù)電池驅動(dòng)應用了額外的操作時(shí)間，而大電流應用中更低的功耗也放松了對散熱設計的要求。

因外部?jì)H需電阻、電容及單個(gè)電感支持工作，集成的高側及低側轉換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(kāi)關(guān)DC／DC轉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(lái)說(shuō)是額定的，如TPS6xxxx系列。而如TPS54xxx系列輸出電流指示為連續可用的輸出電流；可實(shí)現更高的峰值電流以確保高性能DSP、FPGA及ASIC系統啟動(dòng)時(shí)能有適合的供給。且通過(guò)以下方程：

Lout=0.65ⅩIswitch(min) Ⅹ(VinⅩVout)

可實(shí)現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(wú)電感充電泵DC／DC穩壓器會(huì )是一個(gè)成本及空間效益型的選擇。

關(guān)于輸入電壓-DC／DC轉換器能與寬范圍的輸入源協(xié)同運轉，包括供電模塊、插頭式電源(wall supply，或稱(chēng)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)為低功耗電池驅動(dòng)應用作了最優(yōu)化。對于電池驅動(dòng)系統來(lái)說(shuō)，輸入電壓隨著(zhù)電池放電在大范圍內變動(dòng)。因此，轉換器的選擇就必須取決于所給定的電池工藝水平及數量。如TPS54xxx SWlFT系列可工作于預調節24V、12V、5V或3.3V的總線(xiàn)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(shí)現最大的靈活性，轉換器可同時(shí)支持額定的及可低至0.7V的可調節輸出電壓。

2.2應用舉例——5.5V至36V輸入，3A步降DC／DC轉換器TPS5430

TPS5430 3A DC／DC轉換器對于采用通用12V或24V電源軌的大范圍應用來(lái)說(shuō)是理想的選擇。采用相應的SWIFT軟件工具能大大地降低開(kāi)發(fā)時(shí)間。圖2為T(mén)PS5430功能與應用示意圖。其主要特點(diǎn)為：集成110mΩ N道溝MOSFET；固定的500kHz轉換頻率；可調節輸出電壓低至1.23V；具有內置補償與內置慢啟動(dòng)及內置陰極負載二極管(bootstrapdiode)；電壓前饋與內置過(guò)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。





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