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Principi, vantaggi e svantaggi di tre modalità di lavoro quando I convertitori cc cc sono caricati leggermente

attualmente, l'applicazione di convertitori dc dc ad alta frequenza e alta efficienza è sempre più estesa tipicamente a pieno carico di uscita, il convertitore cc cc funziona in CCM, modalità corrente continua. Tuttavia, quando il carico di uscita del sistema è da da pieno carico a carico leggero e quindi a no-load cambia, anche la modalità operativa del sistema cambierà di conseguenza.

di seguito prenderemo il convertitore buck step-down come esempio per illustrare la modalità di lavoro del convertitore dc dc a carico leggero. Il buck buck converter ha tre modalità di funzionamento a carico leggero: modalità burst, modalità skip e modalità continua forzata. in questo paper, elaboreremo il principio di funzionamento, i vantaggi e gli svantaggi di questi tre modalità. nelle applicazioni pratiche, la modalità operativa corrispondente dovrebbe essere selezionato in base ai requisiti specifici del sistema per l'ondulazione di uscita e efficienza.


1. saltare la modalità impulso

Per a frequenza-costante convenzionale non sincrono controller buck, normalmente la corrente dell'induttore opera in CCM modalità corrente continua e la corrente media dell'induttore è il carico di uscita corrente. Quando la corrente di carico diminuisce, anche la corrente media dell'induttore diminuisce; quando la corrente di carico diminuisce, il convertitore entra nella corrente critica mode. a questo tempo, se la corrente di carico viene ulteriormente ridotta, la corrente dell'induttore ritorna a 0 e il periodo di commutazione non è terminato a causa dell'azione di blocco inversa del diodo, la corrente dell'induttore viene mantenuta a un valore di 0 per un periodo di tempo, quindi il periodo di commutazione termina. Il periodo di accensione successivo, quando il convertitore è in una modalità corrente completamente discontinua.

dopo che il convertitore è entrato in modalità corrente discontinua, se la corrente di carico viene ulteriormente ridotta, per mantenere la regolazione della tensione di uscita, il tempo di accensione del high-side il tubo dell'interruttore sarà ridotto fino a il tempo minimo di puntualità del controller è raggiunto. dopo l'orario di accensione di high-end switch raggiunge il tempo minimo on-time del responsabile del trattamento, se la corrente di carico è ancora ridotta, il controller deve essere schermato per saltare alcuni degli impulsi di commutazione per mantenere la tensione di uscita regolazione. Questo il metodo di controllo è la modalità di salto dell'impulso.

Il Il convertitore buck sincrono rileva la corrente del tubo. Quando la corrente del tubo inferiore è prossima allo zero, il sistema funziona in modo non sincrono modo, cioè, il tubo inferiore non funziona, e il antiparallelo il diodo all'interno del tubo inferiore è previsto per fornire un circuito a ruota libera.

Il La modalità skip fornisce un funzionamento a corrente discontinua a corrente costante sulla più ampia gamma di corrente di ingresso, prevenendo l'inversione della corrente dell'induttore Da il controller consente al regolatore di saltare alcuni impulsi indesiderati, migliora l'efficienza dei carichi leggeri rispetto al funzionamento in modalità continua, ma il suo carico leggero non è efficiente come il funzionamento in modalità burst e il suo ripple di uscita del carico leggero non è buono come continuo modalità. funzionante Il La modalità skip fornisce un compromesso tra efficienza operativa e noise.


2. modalità di lavoro improvviso

Il il diagramma schematico della modalità buck burst è mostrato nella figura 2. VFB è il pin di feedback della tensione di uscita, VEA è l'amplificatore di errore di tensione, VREF è la tensione di riferimento, la tensione limite superiore e la tensione limite inferiore della modalità di funzionamento burst comparator sono VH e VL, e la variazione del carico di uscita viene rilevata rilevando ITH tensione pin VC.

Durante funzionamento normale, il sistema non entrerà in modalità burst . Il modalità burst comparatore non funzionerà. Quando il carico di uscita diminuisce, la tensione di uscita aumenta e VFB aumenterà di conseguenza. Da VEA è un feedback negativo, VC diminuirà. . Quando il carico di uscita viene ridotto a un certo valore, dopo che il sistema è entrato nella modalità di carico leggero, la modalità burst comparator inizia a lavorare, assumendo il controllo del ITH tensione pin VC e il segnale di uscita della modalità burst comparatore fa sì che il circuito di controllo a Il uscita del high-side MOSFET è spento, e il high-side MOSFET si ferma commutazione. a questo tempo, l'ingresso non trasferisce più energia all'uscita e la grande uscita dell'uscita manterrà un carico di uscita basso, quindi la tensione di uscita viene ridotta lentamente e VFB è corrispondentemente ridotto. VC è aumentato.

mentre la tensione di uscita continua a diminuire, la tensione di VFB continua a diminuire e VC continua ad aumentare. dopo un lungo periodo di tempo, il VC la tensione aumenterà fino a raggiungere VH, la modalità di uscita burst comparatore il segnale di uscita sarà invertito, il circuito di controllo abiliterà high-side MOSFET segnale di uscita del drive, il high-side MOSFET entra nell'operazione di commutazione e il sistema entra nel normale PWM operazione dovuta a Il l'energia in ingresso è maggiore di l'energia consumata dal carico di uscita, quindi la tensione di uscita aumenterà.

Quando la tensione di uscita viene aumentata a un certo valore, il VC la tensione viene abbassata e quando il VC la tensione viene abbassata a VL, la modalità di funzionamento burst comparatore l'uscita viene invertita di nuovo, il segnale di pilotaggio del high-side MOSFET si spegne di nuovo e il sistema smette di funzionare di nuovo. Ripetutamente, questo modalità di funzionamento è la modalità burst di operation. Il modalità burst comparatore controlla il high-side tubo interruttore funzionamento. Il high-side switch tube funziona per un breve periodo e il tempo per interrompere l'operazione è molto lungo, che riduce notevolmente la perdita. Durante questo periodo, molte funzioni all'interno del chip smettono di funzionare e riducono il Il il consumo di corrente di riposo aumenta l'efficienza del sistema.

d'altra parte, perché il high-side il tubo di commutazione smette di funzionare per molto tempo, il condensatore di uscita manterrà l'energia del carico di uscita e la tensione del condensatore di uscita diminuirà notevolmente. Pertanto, la tensione di ondulazione del condensatore di uscita è grande, ovvero la tensione di ondulazione di uscita è grande. Il tensioni di soglia superiore e inferiore della modalità burst comparator determinare il ripple della tensione di uscita valore.

Questo la modalità è in qualche modo simile alla modalità della tensione di isteresi, ma la differenza è che questo mode determina la variazione del carico di uscita attraverso il rilevamento interno per determinare se il sistema entra in modalità burst carico leggero. in modalità burst, quando il comparatore il segnale di uscita capovolge il sistema in funzionamento normale, il sistema funziona per frequenza fissa normale PWM e high-side MOSFET entra normale PWM operazione. a questo tempo, il sistema funziona in continuo PWM modalità o intermittente e continua PWM coexist. Mode, l'energia viene trasmessa rapidamente all'uscita e smette di funzionare dopo alcuni cicli di funzionamento.


3. modalità continua forzata

Il la modalità continua forzata è principalmente per il convertitore buck sincrono. nel funzionamento normale, la modalità continua forzata e la modalità di salto impulsi funzionano in CCM modalità. Quando il carico di uscita viene ridotto e ridotto a un determinato valore, come descritto sopra, la modalità di salto entrerà in DCM modalità dal CCM. Quando la corrente dell'induttore è 0, il diodo a ruota libera si spegnerà naturalmente e manterrà lo stato spento fino a il prossimo è inserito. aperto nel ciclo.

Per modalità continua forzata, la corrente nell'induttore è 0. Da l'interruttore sincrono è ancora acceso, la tensione del condensatore di uscita verrà applicata in senso inverso all'induttore per invertire l'induttanza e la corrente dell'induttore aumenterà da 0 a un certo valore. Value, quindi il tubo sincrono viene spento, l'interruttore principale è acceso, la tensione di ingresso viene applicata all'induttore, la tensione attraverso l'induttore è una tensione positiva, la corrente dell'induttore aumenterà positivamente da un certo valore negativo, e continuano ad aumentare positivamente dopo 0 un certo valore, questo è anche il cosiddetto fenomeno di ritorno della corrente di uscita .

Il l'interruttore principale e l'interruttore sincrono funzionano ad ogni ciclo di commutazione, quindi il consumo energetico dell'interruttore è elevato e l'efficienza del sistema è estremamente bassa. in condizioni di basso carico di uscita, durante ogni ciclo di commutazione, quando il high-end l'interruttore principale è acceso, l'energia trasferita da l'input per il carico di output è maggiore di l'energia richiesta dal carico effettivo, quindi è necessario fare affidamento sulla conduzione dell'interruttore sincrono per rendere la tensione di uscita l'induttore è eccitato in modo inverso per immagazzinare l'energia in eccesso nell'induttore per mantenere la regolazione dell'uscita Questo parte dell'energia viene scambiata solo avanti e indietro nell'induttore e non viene consumata nel carico. effettivo Da l'induttanza ha una perdita magnetica (potenza perdita nel nucleo) e perdita di rame (perdita della resistenza del filo), l'efficienza è ulteriormente ridotta. Tuttavia, è proprio perché l'interruttore principale e l'interruttore sincrono funzionano ad ogni ciclo di commutazione. anche in condizioni di carico leggero, l'energia dell'ingresso e dell'uscita può essere tradotta ad ogni ciclo di commutazione, quindi l'ondulazione della tensione di uscita è anche la più piccola.

Questo la modalità di funzionamento meno efficiente è adatta per alcune applicazioni specifiche. in questo modalità, l'uscita può essere utilizzata sia per l'assorbimento di corrente che per l'assorbimento di corrente, quindi può essere applicata all'alimentazione di DDR memoria. inoltre, in alcuni sistemi di comunicazione, è richiesta una bassa ondulazione della tensione di uscita anche in condizioni di carico leggero, quindi deve essere usata la modalità di funzionamento e l'efficienza non è una considerazione importante Il la tensione e la frequenza di ondulazione in uscita sono costanti sull'intero intervallo di variazione del carico, che è facile da filtrare ed è adatto per applicazioni che richiedono un basso rumore di interferenza come comunicazione. nel funzionamento in modalità continua forzata, la corrente di uscita viene invertita, quindi il tempo morto del tubo di commutazione, la corrente dell'induttore carica il condensatore di ingresso e la tensione viene aumentata. Il la tensione di ingresso effettiva viene controllata al valore massimo del componente pertinente. .


4. il confronto dei risultati delle tre modalità

progettare un convertitore buck sincrono con una tensione di ingresso di 3,3 V e una tensione di uscita di 2.5V. Il la corrente di uscita a pieno carico è Io = 1,25 A, la corrente di carico leggero Io = 50 mA, la frequenza operativa è 1 MHz, il valore di induttanza è L = 2,2 uH e la capacità di uscita è scegliere 22 uF condensatore ceramico.

può essere visto da Fig. 4 che sotto la corrente di uscita del carico leggero di 50 mA, la corrente dell'induttore quando il sistema funziona nella modalità di salto è DCM modalità e la corrente dell'induttore di ogni ciclo di commutazione passa per 0 e rimane per un periodo di tempo prima di entrare nel ciclo di commutazione successivo; Quando operando in modalità burst, il tempo intermittente dell'operazione dell'interruttore di arresto dell'interruttore principale è 9uS, quindi l'operazione dell'interruttore è 3uS, l'ondulazione della tensione di uscita picco-picco il valore è alto come 20mV; quando il sistema funziona in modalità continua forzata, la corrente dell'induttore continua a invertirsi dopo 0 aumento a -100mA, quindi aumentare da -100mA avanti, continua ad aumentare positivamente fino al massimo dopo 0. Il il ripple di uscita è piccolo e il looping dell'induttore influenzerà l'efficienza del sistema

Il l'efficienza delle tre modalità a carico leggero viene confrontata con l'ondulazione della tensione di uscita. nelle tre modalità, la modalità burst ha la più alta efficienza di carico leggero e la massima ondulazione della tensione di uscita, e la modalità continua forzata ha la più bassa efficienza di carico leggero e minimo. Il ondulazione della tensione di uscita, la modalità di impulso di salto è da qualche parte tra.

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