引言:和降壓控制器類似,升壓控制器也有多種工作模式,在中/重負載模式工作時,控制器以固定頻率連續規律工作,在輕載模式下則有多種模式可選,本節簡述控制器的多種工作模式和其多相使用方式。
1.工作模式
控制器輕載工作模式支持在低負載電流下進入高效的突發、恒定頻率、脈沖跳躍和連續傳導(BCM,PSM,CCM)模式,要選擇模式,可以查看控制器說明配置外圍引腳。
BCM:突發模式,在開關周期內,電感電流總會到0,意味著電感被適當地“復位”,即功率開關閉合時,電感電流為零。
突發模式比較器控制開關管工作,開關管工作的時間很短,停止工作的時間很長,極大的降低了開關損耗,在此期間,芯片內部的許多功能停止工作,減小內部靜態電流的消耗,因此提高了系統的效率。另一方面由于開關管停止工作的時間很長,輸出電容將維持輸出的負載的能量,輸出電容的電壓降低幅度較大,因此輸出電容的紋波電壓大,即輸出的紋波電壓大。突發工作模式比較器的上下門限電壓決定了輸出電壓紋波值。
圖5-1:12V->24V; Load=500mA->7A;突發模式BM
PSM:為了維持輸出電壓的調節,開關管的開通時間將減小,直到達到控制器的最小導通時間。開關管的開通時間達到控制器的最小導通時間后,若負載電流仍然的降低,控制器就必須屏蔽掉即跳掉一些開關脈沖,以維持輸出電壓的調節,這種控制方法即為脈沖跳躍模式。脈沖跳躍模式,控制器監控電感電流,一旦檢測到電流等于0,功率開關立即閉合。當下管的電流接近于0時,系統就工作在非同步的方式,也就是下管不工作,依靠下管內部寄生的反并聯二極管,提供續流回路??刂破骺偸堑入姼须娏鳌皬臀弧眮砑せ铋_關,如果電感值電流高,而截止斜坡相當平,則開關周期延長。
圖5-2:12V->24V;Load=500mA->7A;脈沖跳躍模式PSM
CCM:連續導通模式,在一個開關周期內,電感電流從不會到0,或者說電感從不“復位”,意味著在開關周期內電感磁通從不回到0,功率管閉合時,線圈中還有電流流過。
圖5-3:12V->24V; Load= 500mA->7A;強制連續模式CCM
圖5-4:輕載下的電感電流(雙相);12V->24V;Load=200uA
連續工作模式下,輕載時的效率低于突發模式操作,但是連續工作具有輸出電壓波紋低、對音頻電路干擾小的優點,因為它保持著獨立于負載電流的恒頻運行。
脈沖跳躍模式時,控制器在輕負載下以PWM脈沖跳躍模式工作。在這種模式下,恒頻運行維持在設計最大輸出電流的大約1%以下。在非常輕的負載下,電流比較器ICMP可能在幾個周期內保持關閉,并迫使外部底部MOSFET在相同數量的周期內保持關閉(即跳過脈沖)。電感器的電流不允許反轉,與強制連續操作一樣,與突發模式操作相比,具有低輸出紋波、低音頻噪聲和減少射頻干擾。它提供了比強制連續模式更高的低電流效率,但遠不如突發模式操作高。
2.頻率選擇/同步和鎖相環
開關頻率的選擇是效率和組件大小之間的權衡,低頻工作通過減少MOSFET開關損耗來提高效率,但需要更大的電感和/或電容來保持低輸出紋波電壓,部分控制器的開關頻率可以使用FREQ引腳進行選擇。
當Vin高于Vout電壓時,升壓控制器可以根據模式、電感電流和VIN電壓的不同而表現不同,關于這一點,可以查看不同控制器的說明??刂破鞯膬炔挎i相環PL,由相位頻率檢測器、低通濾波器和壓控振蕩器(VCO組成,PLL允許底部MOSFET的開啟被鎖定信號施加到180度失相位。若為雙通道,允許通道1的底部MOSFET的打開將被鎖定到施加于PLLIN/MODE引腳的外部時鐘信號的上升邊緣,因此通道2的底部MOSFET的開啟與外部時鐘失相180度。一般來說控制器只能同步到一個外部時鐘,其頻率在控制器的內部VCO范圍內,即名義上是55kHz到1MHz,實際保證鎖定在75kHz到850kHz之間。
快速鎖相可以通過使用FREQ引腳設置一個接近期望的自用運行同步頻率,VCO的輸入電壓在與FREQ引腳設置的頻率對應的頻率上被預偏置。一旦預偏置,PLL只需要稍微調整頻率來實現鎖相和同步。雖然不要求自由運行的頻率接近外部時鐘頻率,但這樣做避免工作頻率通過PLL鎖定偏差過大。
3.兩相單輸出工作
如圖5-5兩相單輸出轉換器,其中兩個通道的輸出連接在一起,并且兩個通道具有相同的占空比。在兩相運行時,兩個通道運行180度失相,這有效地交織了輸出電容器電流脈沖,大大降低了輸出電容器紋波電流,因此可以放寬對電容器的ESR的要求。由于輸出電容器中的紋波電流是一個方波,因此對輸出電容器的紋波電流的要求取決于占空比、相位數和最大輸出電流。
圖5-5:兩相電流波形
在兩相配置中,如圖5-6所示,歸一化輸出電容器紋波電流作為占空比的函數。要為輸出電容器選擇一個紋波電流額定值,首先根據輸出電壓和輸入電壓的范圍建立占空比范圍,選擇最壞情況下的高歸一化紋波電流作為最大負載電流的百分比。
圖5-6:升壓轉換器的標準化輸出電容激波電流(RMS)
一般需要并行放置多個電容器,以滿足ESR和RM當前的要求,固體鉭,特殊聚合物,鋁電解和陶瓷電容器都可以使用,其中陶瓷電容器具有優良的低ESR特性,具有較高的電壓系數,但單個容值有限,OS-CON和POSCAP電容器可提供低ESR和高波紋電流額定值。
4.多相操作和拓撲
對于需要大電流的輸出負載,可以級聯多個控制器錯相工作,以提供更多的輸出電流,同時減少輸入和輸出電壓紋波。PLLIN/MODE引腳允許控制器與另一個控制器的CLKOUT信號同步。CLKOUT信號可以連接到以下控制器的PLLIN/MODE引腳,以排列整個系統的頻率和相位。用PHASMD引腳配置相位差(CH1和CH2之間)為120°、180°或240°。圖5-7至圖5-10顯示了3、4、6或12相操作所需的連接,共可以級聯12個控制器,同時錯相運行。
當在多個控制器控制相同輸出的多相應用中改變輸出電壓時,需要同步所有控制器之間的變化,可以通過兩種方式來實現:
1:使用命令為所有控制器設置一個公共地址,然后將新的輸出電壓值寫入這個公共地址,以便所有控制器同時接收新值。
2:使用組命令協議(GCP)。GCP確保所有接收到輸出更改命令的從器件同時啟動更改。
設定控制器1的兩相差240°,然后控制器2的一個相位插入0°和240°之間,形成0°/120°/240°的三相。
圖5-7:三相組合配置
設定控制器1的兩相為0°和180°,然后控制器2的兩相是控制器1的兩相整體加90°,形成四相。
圖5-8:四相組合配置
設定控制器1的兩相為0°和180°,然后控制器2的兩相是控制器1的兩相整體加60°,最后控制器3的兩相是控制器2的兩相整體加60°,一起形成六相。
圖5-9:六相組合配置
十二相的配置如下:
圖5-10:十二相組合配置
5.四相使用示例
如圖5-11所示是四相使用示例,四相搭配四個功率級,輸出24V-20A。
圖5-11:多相使用
圖5-12:圖5-11的電流圖
圖5-12是圖5-11的關鍵節點電流波形,IL1至IL4疊加,增加了紋波頻率,但降低了輸入/輸出紋波電流的均方根值RMS,從而節省輸入/輸出電容器數量。
-
控制器
+關注
關注
112文章
15274瀏覽量
171772 -
比較器
+關注
關注
14文章
1533瀏覽量
106535 -
降壓控制器
+關注
關注
2文章
203瀏覽量
19292 -
開關管
+關注
關注
4文章
198瀏覽量
21436
發布評論請先 登錄
相關推薦
評論