一款高效綠色降壓型開(kāi)關(guān)電源控制器芯片的設計方案（二）

2. 2 Burst 控制模式

　　在輕載情況下，這個(gè)多模式開(kāi)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(kāi)關(guān)根據負載情況連續工作幾個(gè)周期再關(guān)斷幾個(gè)周期，因此可以有效地減少開(kāi)關(guān)損耗和降低靜態(tài)功耗。 對于便攜式設備應用來(lái)說(shuō)，輕載情況下的變換器效率是一項非常重要的指標，因此Bur st 控制模式必不可少。 Burst 模式的工作過(guò)程如圖3 所示。

　　2. 3 模式轉換

　　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(huì )在負載變化和模式切換的時(shí)候產(chǎn)生一些問(wèn)題：一是當負載電流正好在所設定的模式切換點(diǎn)附近波動(dòng)時(shí)，會(huì )使變換器在兩種工作模式間反復切換，極容易造成工作狀態(tài)不穩定；二是在模式切換的瞬間會(huì )產(chǎn)生較大的過(guò)沖電壓，導致器件損壞。 這是多模式變換器普遍存在的一個(gè)嚴重缺陷。 針對這一缺陷，本文提出一種雙基準解決方案，即對PWM 模式和Bur st 模式采用不同的基準電壓，這樣不但可以實(shí)現如前所述的模式切換過(guò)程中的遲滯功能，且可抑制一部分過(guò)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，設計中，Bur st 下限高于EA 基準的016 % ，上限高于EA 基準的117 %. 當負載較重時(shí)，變換器工作在PWM 模式，當負載下降到一定值時(shí)，電感電流的峰值不再隨著(zhù)負載的變化而變化，輸出電壓上升，直到達到Bur st 比較器上限時(shí)才會(huì )控制功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷，變換器進(jìn)入到Burst 工作模式。 類(lèi)似，當負載從輕載變到重載，電感電流峰值需要隨著(zhù)負載變化而調整時(shí)，輸出電壓下降，直到達到EA 基準變換器才回到PWM 工作模式。 這就相當于在模式切換的負載條件之間形成了一個(gè)遲滯窗口，窗口的下限是EA 基準，上限是Bur st 比較器上限。 另一方面，設置兩個(gè)基準，還可以在模式轉換時(shí)提供一個(gè)電壓余量，起到抑制過(guò)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部，尤其對于功率集成的控制器來(lái)說(shuō)，其意義就顯得更為重要也較易實(shí)現，且采用片上電流檢測有利于有效簡(jiǎn)化外圍應用電路的設計。

　　電流檢測可以根據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(lái)說(shuō)，若檢測對象是流過(guò)功率開(kāi)關(guān)的電流，多采用高邊檢測；但若檢測對象是流過(guò)同步整流開(kāi)關(guān)的電流，就需采用低邊檢測。 以高邊檢測為例，傳統的檢測方法是利用一個(gè)小電阻與功率開(kāi)關(guān)串聯(lián)來(lái)檢測流過(guò)功率開(kāi)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(huì )占用較多的芯片面積。 尤其在低電壓供電的系統中，檢測電阻上的損耗和檢測精度都是嚴重的問(wèn)題。 因此，本文采用了一種基于電流鏡結構的片上電流檢測技術(shù)，與傳統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(kāi)關(guān)電流檢測模塊，二是峰值電流箝位模塊。

　　功率開(kāi)關(guān)電流檢測的基本電路原理如圖5 所示。 主要采用電流鏡結構，用一個(gè)與功率開(kāi)關(guān)成一定比例的MOS 管來(lái)鏡像功率開(kāi)關(guān)的電流。 圖中PM_P 是功率開(kāi)關(guān)，NM_P 是同步整流開(kāi)關(guān)。 PMOS 管PM0 和PM_P組成一個(gè)簡(jiǎn)單電流鏡結構。 運算放大器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構，具有較大的帶寬和較快的響應速度，以達到較高的檢測精度和較大的電流檢測范圍。

　　圖5 功率開(kāi)關(guān)電流檢測模塊