電流模式dc-dcconverter設(shè)計(參考版)
2024-08-18 01:14本頁面
【正文】 整體而言由于電流模式控制的轉(zhuǎn)換器具備以上各種特征，使得電流模式控制轉(zhuǎn)換器的所有控制電路可以內(nèi)建于IC內(nèi)部，regulator因而獲得更大的設(shè)計自由度。相較之下電壓模式控制的轉(zhuǎn)換器為維持連續(xù)模式，必需設(shè)置很大的磁氣電路?！? 結(jié)語電流模式控制的轉(zhuǎn)換器必需增加設(shè)置各種電路，因此設(shè)計上顯得比較復(fù)雜，不過電流模式控制的優(yōu)點卻大于缺點(demerit)，尤其是輸入電壓范圍很大的系統(tǒng)例如PC、高頻通訊設(shè)備，或是要求低輸出變動的系統(tǒng)，電流模式控制具備的線形調(diào)整特性就可獲得充分的發(fā)揮。 大約是switching頻率的1/10比較適宜，此處假設(shè)設(shè)定為40kHz，根據(jù)式(7)計算可獲得以下結(jié)果:位相補(bǔ)正電路Rc可利用下式求得: 圖15 利用誤差增幅器的0補(bǔ)正，消除輸出電容與負(fù)載電阻造成的pole 在中間頻率的補(bǔ)償gain，可利用誤差增幅器與它的輸出阻抗(impedance)設(shè)定。為制作已經(jīng)過穩(wěn)定化的歸返回路，因此必需用1 pole使該回路具備 的衰減特性。設(shè)計規(guī)格如下:? 的Inductance根據(jù)式(4)可知，小信號時獲得良好動作的電感值范圍，可用下式求得: 也就是說基于良好的大信號動作的考量，最差的情況(worst case)如果將最大輸出電流的30%，設(shè)成可使ripple電流變成peak to peak的話，根據(jù)式(5)可知: ，而且peak to peak 的ripple電流比最大輸出電流的30%更大，因此最后決定選用3μH作為L 的電感值。上述LM3477是以一個電阻調(diào)整內(nèi)部既定slope補(bǔ)償值的電流模式控制器(controller)，由于slope補(bǔ)償值Se被當(dāng)作既定值內(nèi)建于LM3477IC內(nèi)部，因此電感的選擇比較容易。 圖13 LM3477構(gòu)成的電流模式控制step down converter 圖14 電流模式控制的DCDC轉(zhuǎn)換器LM3477內(nèi)部方塊圖 ?可以提高電感設(shè)計自由度的控制IC如果大信號電感值LIS超過小信號電感值LSS時，根據(jù)式(4)可知，LSS是Vout，RSEN，Don，F(xiàn)SW，VSL，Q的關(guān)數(shù)。也就是說基于良好的小信號動作的考量，電感值必需在此范圍內(nèi)選擇，相較之下大信號LIS的設(shè)計guide line如下所示:ILAVE(max) :電感內(nèi)的平均電流最大值。轉(zhuǎn)換器的電源設(shè)計規(guī)格如下:以大信號動作觀點而言，如果使用電感內(nèi)的最大直流電的30%，理論上就能獲得ripple電流的peak to peak效果，上述是選擇電感時常用手段，小信號分辨率的場合，~≤Q≤ ，等兩rule是選用電感必需考慮的事項，值得一提的是Q會對小信號時的電感值Lss賦與限制。由于上述兩pole是以低于控制回路的頻寬(band width)，基于避免兩pole相互作用等考量，～。上述Q值可利用下式求得:由以上公式可知Q值越高越容易產(chǎn)生半調(diào)波發(fā)振現(xiàn)象，Q值變低時pole可用實數(shù)軸分成兩個?！D11 sub harmonic未發(fā)振時loop gain特性與電感內(nèi)的電流波形 圖12 sub harmonic發(fā)振時loop gain特性與電感內(nèi)的電流波形?顯示發(fā)振裕度的Q值上述2 pole system共振容易性可用質(zhì)量要因(quality factor)「Q」表示，換句話說Q值可以顯示DCDC Converter是否會陷入半調(diào)波發(fā)振不穩(wěn)定范圍。由圖5的Ti可知電感電流一旦發(fā)散的話，電流歸返回路會變得很不穩(wěn)定，switching波形則產(chǎn)生脈沖寬相異的jitter，該發(fā)振狀態(tài)會以1/2的switching頻率共振，此時可用外部電壓歸返回路觀測。一般而言slope補(bǔ)償電路的設(shè)計，通常是以適當(dāng)?shù)碾姼兄祪?nèi)建于IC內(nèi)部。Se是slope補(bǔ)償電路的輸出信號電流曲線(參考圖2)，而slope補(bǔ)償電路是on duty超過50%時，所有峰值電流模式的DCDC轉(zhuǎn)換器必備的電路?！ 〈颂嶴表示slope(亦即電流曲線)，單位是V/s。由于半調(diào)波發(fā)振是負(fù)載發(fā)生變動所造成，因此接著要探討負(fù)載發(fā)生變動后，電感電流產(chǎn)生紛亂的動作機(jī)制?！D8 電感電流的檢測方法 圖9 Power MOSFET的drain端
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