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開關電源的各種工作模式解析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2021-07-21 

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開關電源的各種工作模式解析-KIA MOS管


開關電源的幾種工作模式

1、 兩類開關電源

高頻開關電源(HF-SMPS)

HF-SMPS是一種高效率、高魯棒性的電源模式,在通信等電子設備中,通常用于電源管理芯片(PMIC)的LDO供電、1.8v邏輯電路、RF電路以及外部負載。


HF-SMPS不支持遠端反饋,因此輸出電容必須就近芯片引腳放置。因為HF-SMPS通過電感兩端的壓差來估算電流,因此遠端放置電容會增加反饋回路的DCR,從而造成誤差。


快速瞬態開關電源(FT-SMPS)

FT-SMPS是一種高精度的、支持快速瞬態響應的電源模式,主要為應用處理器、GPU、CORE、調制解調器等供電。


FT-SMPS支持多相開關電源,支持遠端差分反饋來檢測動態負載終端,因此其輸出電容靠近負載端放置。HF-SMPS與FT-SMPS的反饋模式如圖1所示。


開關電源 工作模式


2、操作模式

PWM模式( Pulse width modulation)

當電路工作在中等負載或重負載的情況下,電源會處于PWM模式,此時電感電流連續。針對瞬態響應、紋波、效率、外部器件等因素,開關頻率以此優化,用來獲得最佳的電源性能。


根據電感電流是否連續,PWM模式又可以分為連續傳導模式(CCM)和非連續傳導模式(DCM),其電壓電流波形如圖2、圖3所示。


開關電源 工作模式


開關電源 工作模式


跳脈沖PWM模式(Pulse-skip PWM)

當電路工作在輕負載的情況下,PWM模式下效率非常低(MOS導通時,開關損耗占主導地位),因此,通過跳過一些不必要的脈沖(減少開關次數)來提高效率。


因為跳脈沖仍屬于PWM模式,所以仍能保持很低輸出電壓紋波。跳脈沖PWM模式波形如圖4所示,各脈沖的頻率恒定,但占空比逐漸減小。


開關電源 工作模式


PFM模式(Pulse frequency modulation)

PWM模式是一種恒定頻率脈沖的模式,HF-SMPS和FT-SMPS同時也支持PFM模式,PFM是脈沖頻率可變的。因為能夠同時減少開關損耗和地上的電流損耗,因此在輕負載的情況下,PFM模式的效率更高。


如圖5所示,我們觀察到PFM模式類似于上述的跳脈沖PWM模式,只是PFM模式下脈沖頻率是變化的。與上述模式對比發現。PFM的輸出電壓紋波是最大的。


開關電源 工作模式


自動模式(Auto-mode)

自動模式其實就是一種不需要軟件參與的,能夠根據負載的變化的情況,自動將電路工作模式在PWM和PFM之間切換的一種機制。當今智能手機使用的PMIC一般都具備這個功能。


如圖6,當輸出電流在40mA和400mA變化時,PFM和PWM也隨之改變。另外為了防止PFM模式下輸出電壓跌落,因此控制器會自動地抬高PFM的輸出電壓,這種平衡只在HF-SMPS電源中才有。


開關電源 工作模式


HC-PFM模式(High-current PFM)

HC-PFM模式是在PFM到PWM轉換過程中出現的短暫的PFM模式。當電路工作在PFM模式時,負載突然加重導致輸出電壓跌落,因為無法快速的切換到PWM模式,所以需要一些時間來預熱PWM電路。


為了防止這個預熱過程輸出電壓將的太低,PFM的電流可以被控制在正常的PFM和PWM之間,這個幾us的過程被稱為HC-PFM,如圖7所示。


開關電源 工作模式



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