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Grundsätze, Vor- und Nachteile von drei Arbeitsmodi wenn DC DC-Wandler sind leicht belastet

Gegenwärtig wird die Anwendung von Gleichstromwandlern mit hoher Frequenz und hohem Wirkungsgrad immer umfangreicher Typischerweise arbeitet der Gleichstromwandler bei voller Ausgangslast im CCM-Dauerstrommodus Jedoch wenn Die Ausgangslast des Systems beträgt von Volllast auf leichte Last und dann auf Leerlauf ändern, ändert sich auch die Betriebsart des Systems entsprechend.

Im Folgenden wird der Abwärtswandler als Beispiel verwendet, um den Arbeitsmodus des Gleichstromwandlers bei geringer Last zu veranschaulichen Die Der Buck-Buck-Konverter verfügt über drei Betriebsarten bei geringer Last: Burst-Modus, Sprungmodus und erzwungener kontinuierlicher Modus. in this In diesem Artikel werden wir auf das Arbeitsprinzip sowie die Vor- und Nachteile dieser eingehen drei Modi. in praktischen Anwendungen sollte die entsprechende Betriebsart sein entsprechend den spezifischen Anforderungen des Systems für Ausgangswelligkeit und Effizienz ausgewählt werden.


1. Impulsmodus überspringen

Für a konstante Frequenz konventionell nicht synchron Buck-Regler, normalerweise arbeitet der Strom des Induktors in CCM Dauerstrommodus, und der durchschnittliche Strom der Induktivität ist die Ausgangslast Strom. Wann der Laststrom nimmt ab, der durchschnittliche Strom des Induktors nimmt ebenfalls ab; wenn Wenn der Laststrom abnimmt, wechselt der Wandler in den kritischen Strommodus bei this Zeit, wenn Der Laststrom wird weiter reduziert, der Strom der Induktivität kehrt auf 0 zurück und die Schaltperiode ist nicht beendet Aufgrund der Rückwärtssperrwirkung der Diode wird der Strom der Induktivität für eine Zeitspanne auf einem Wert von 0 gehalten, und dann endet die Schaltperiode . Die nächste Einschaltperiode, wann Der Wandler befindet sich in einem vollständig diskontinuierlichen Strommodus

Nachdem der Wandler in den diskontinuierlichen Strommodus eingetreten ist, if Der Laststrom wird noch weiter reduziert, um die Ausgangsspannungsregelung, die Einschaltzeit der High-Side , aufrechtzuerhalten Schaltrohr wird reduziert bis das Minimum pünktlich der Steuerung ist erreicht. nach der Einschaltzeit des High-End Schalter erreicht das Minimum Einschaltzeit der Steuerung, if Wenn der Laststrom immer noch reduziert ist, muss der Regler abgeschirmt sein, um von einigen Schaltimpulsen abzuspringen und die Ausgangsspannungsregelung aufrechtzuerhalten This Steuermethode ist der Sprungimpulsmodus

Die Der synchrone Abwärtswandler erkennt den Strom der unteren Röhre Wann Der Strom der unteren Röhre ist nahe Null, das System arbeitet in einem nicht synchronen das heißt, das untere Rohr funktioniert nicht und das antiparallele Eine Diode im unteren Rohr ist vorgesehen, um einen Freilaufkreis bereitzustellen

Die Der Überspringmodus bietet einen diskontinuierlichen Konstantstrombetrieb über den breitesten Eingangsstrombereich und verhindert so den Rückstrom Seit Der Regler ermöglicht es dem Regler, von einigen unerwünschten Impulsen abzuspringen. Er verbessert die Effizienz von leichten Lasten im Vergleich zum Dauerbetrieb, aber seine leichte Last ist nicht so effizient wie der Burst-Modus und seine Welligkeit beim Ausgang der leichten Last ist nicht so gut wie kontinuierlich Modus. Betrieb. Die Der Sprungmodus bietet einen Kompromiss zwischen Betriebseffizienz und Rauschen.


2. plötzlicher Arbeitsmodus

Die Das schematische Diagramm des Buck-Burst-Modus ist in Abbildung 2 dargestellt VFB ist der Ausgangsspannungs-Rückkopplungsstift VEA ist der Spannungsfehlerverstärker VREF ist die Referenzspannung, die obere Grenzspannung und die untere Grenzspannung des Burst-Betriebsmodus Komparator sind VH und VL, und die Änderung der Ausgangslast wird durch Erfassen des ITH erfasst Pin-Spannung VC.

Während Im normalen Betrieb wechselt das System nicht in den Burst-Modus Die Burst-Modus Komparator wird nicht funktionieren Wann Die Ausgangslast nimmt ab, die Ausgangsspannung steigt und VFB wird sich entsprechend erhöhen Seit VEA ist negative Rückkopplung, VC wird abnehmen. . Wann Die Ausgangslast wird auf einen bestimmten Wert reduziert, nachdem das System in den Leichtlastmodus, den Burst-Modus Komparator , eingetreten ist beginnt zu arbeiten und übernimmt die Kontrolle über das ITH Pin-Spannung VC und das Ausgangssignal des Burst-Modus Komparators bewirkt, dass der Steuerkreis The Ausgabe der High-Side MOSFET ist ausgeschaltet und die hohe Seite MOSFET stoppt das Umschalten bei this Während dieser Zeit überträgt der Eingang keine Energie mehr an den Ausgang, und der große Ausgang des Ausgangs behält eine niedrige Ausgangslast bei, so dass die Ausgangsspannung langsam verringert wird und VFB wird entsprechend reduziert VC hat zugenommen

Wenn die Ausgangsspannung weiter abnimmt, wird die Spannung von VFB nimmt weiter ab und VC steigt weiter an nach langer Zeit wird die VC Die Spannung steigt auf VH, den Burst-Ausgangsmodus Komparator Das Ausgangssignal wird invertiert, die Steuerschaltung aktiviert die High-Side MOSFET Antriebsausgangssignal, die High-Side MOSFET tritt in den Schaltvorgang ein und das System tritt in die normale PWM ein Operation aufgrund von The Eingangsenergie ist größer als die von der Ausgangslast verbrauchte Energie, so dass die Ausgangsspannung ansteigt.

Wann Die Ausgangsspannung wird auf einen bestimmten Wert angehoben, den VC Spannung wird gesenkt und wenn die VC Die Spannung wird auf VL, den Burst-Betriebsmodus Komparator , abgesenkt Ausgang wird wieder umgedreht, das Ansteuersignal der High-Side MOSFET wird wieder ausgeschaltet und das System funktioniert nicht mehr Wiederholt this Betriebsmodus ist der Burst-Betriebsmodus Die Burst-Modus Komparator steuert die High-Side Schaltrohr Betrieb. Die High-Side Die Schaltröhre arbeitet für kurze Zeit, und die Zeit zum Stoppen des Betriebs ist sehr lang reduziert den Schaltverlust erheblich Während this In diesem Zeitraum funktionieren viele Funktionen im Chip nicht mehr und reduzieren das interne The Der Verbrauch von Ruhestrom erhöht den Wirkungsgrad des Systems.

andererseits weil die hohe Seite Die Schaltröhre funktioniert lange Zeit nicht mehr, der Ausgangskondensator behält die Energie der Ausgangslast bei und die Spannung des Ausgangskondensators nimmt stark ab Daher ist die Welligkeitsspannung des Ausgangskondensators groß, dh die Ausgangswelligkeitsspannung ist groß. Die obere und untere Schwellenspannung des Burst-Modus Komparators Bestimmen Sie die Welligkeit der Ausgangsspannung

This mode ist dem Hysteresespannungsmodus etwas ähnlich, aber der Unterschied besteht darin, dass this mode bestimmt die Änderung der Ausgangslast durch interne Erkennung, um zu bestimmen, ob Das System wechselt in den Light Load Burst-Modus im Burst-Modus wenn der Komparator Das Ausgangssignal kippt das System in Bei normalem Betrieb arbeitet das System mit normaler fester Frequenz PWM und die High-Side MOSFET gibt normal PWM ein Operation. bei this Zeit arbeitet das System in kontinuierlicher PWM Modus oder intermittierend und kontinuierlich PWM koexistieren Im Modus wird Energie schnell an den Ausgang übertragen und funktioniert nach einigen Betriebszyklen nicht mehr


3. erzwungener kontinuierlicher Modus

Die Der erzwungene kontinuierliche Modus ist hauptsächlich für den synchronen Abwärtswandler vorgesehen Im Normalbetrieb arbeiten der erzwungene kontinuierliche Modus und der Sprungimpulsmodus im CCM Modus. Wann Die Ausgangslast wird reduziert und auf einen bestimmten Wert reduziert, wie oben beschrieben. Der Sprungmodus wechselt in das DCM Modus durch das CCM. Wann Wenn der Strom der Induktivität 0 ist, schaltet sich die Freilaufdiode natürlich aus und behält den Ausschaltzustand bis bei der nächste wird eingegeben im Zyklus öffnen.

Für erzwungener kontinuierlicher Modus, der Strom in der Induktivität ist 0. Seit Wenn der Synchronschalter noch eingeschaltet ist, wird die Ausgangskondensatorspannung umgekehrt an die Induktivität angelegt, um die Induktivität umzukehren, und der Induktivitätsstrom steigt von an 0 bis zu einem bestimmten Wert. Wert, dann wird die Synchronröhre ausgeschaltet, der Hauptschalter wird eingeschaltet, die Eingangsspannung wird an die Induktivität angelegt, die Spannung an der Induktivität ist eine positive Spannung, der Strom der Induktivität steigt positiv von an einen bestimmten negativen Wert und steigen nach 0 einen bestimmten Wert weiter positiv an, this ist auch das sogenannte Ausgangsstrom-Rückflussphänomen

Die Der Hauptschalter und der Synchronschalter arbeiten bei jedem Schaltzyklus, so dass der Stromverbrauch des Schalters hoch und der Wirkungsgrad des Systems extrem niedrig ist unter Bedingungen mit niedriger Ausgangslast während jeder Schaltzyklus, wenn das High-End Hauptschalter ist eingeschaltet, die Energie wird von übertragen Der Eingang zur Ausgangslast ist größer als die Energie, die von der tatsächlichen Last benötigt wird, daher muss auf die Leitung des Synchronschalters zurückgegriffen werden, um die Ausgangsspannung The zu erzeugen Der Induktor wird umgekehrt angeregt, um überschüssige Energie im Induktor zu speichern, um die Ausgangsregelung aufrechtzuerhalten This Ein Teil der Energie wird nur im Induktor hin und her ausgetauscht und nicht in der tatsächlichen Last verbraucht Seit Die Induktivität hat einen magnetischen Verlust (Leistungsverlust im Kern) und Kupferverlust (Verlust des Drahtwiderstands) wird der Wirkungsgrad weiter verringert. Es ist jedoch genau weil Der Hauptschalter und der Synchronschalter arbeiten bei jedem Schaltzyklus Selbst unter Bedingungen mit geringer Last kann die Energie des Eingangs und des Ausgangs bei jedem Schaltzyklus verschoben werden, so dass die Welligkeit der Ausgangsspannung auch die kleinste ist

This Die am wenigsten effiziente Betriebsart ist für bestimmte Anwendungen geeignet in this Im Modus kann der Ausgang sowohl für die Strom- als auch für die Stromsenkung verwendet werden, sodass er auf die Versorgung mit DDR angewendet werden kann Speicher. Darüber hinaus ist in einigen Kommunikationssystemen auch unter Bedingungen mit geringer Last eine geringe Welligkeit der Ausgangsspannung erforderlich Die Betriebsart muss verwendet werden, und die Effizienz spielt keine große Rolle Die Die Welligkeitsspannung und -frequenz des Ausgangs sind über den gesamten Lastschwankungsbereich konstant ist leicht herauszufiltern und eignet sich für Anwendungen, die ein geringes Störgeräusch erfordern, wie z. B. Kommunikation. im erzwungenen Dauerbetrieb wird der Ausgangsstrom umgekehrt, und dann lädt die Schaltröhren-Totzeit, der Strom der Induktivität den Eingangskondensator auf und die Spannung wird erhöht Die Die tatsächliche Eingangsspannung wird auf den Maximalwert der jeweiligen Komponente geprüft .


4. der Vergleich der Ergebnisse der drei Modi

Entwerfen Sie einen synchronen Abwärtswandler mit eine Eingangsspannung von 3,3V und eine Ausgangsspannung von 2,5V. Die Der Ausgangsvolllaststrom beträgt Io = 1,25 A, der leichte Laststrom Io = 50 mA, die Betriebsfrequenz 1 MHz, der Induktivitätswert L = 2,2 uH und die Ausgangskapazität a 22 uF Keramikkondensator

es kann von gesehen werden Abb 4 dass unter dem Ausgangsstrom der leichten Last von 50 mA der Strom der Induktivität wenn Das System arbeitet im Sprungmodus DCM Modus, und der Strom der Induktivität jedes Schaltzyklus geht durch 0 und bleibt für eine Zeitspanne, bevor er in den nächsten Schaltzyklus eintritt; Wann Im Burst-Modus beträgt die intermittierende Zeit des Betriebs des Hauptschalter-Stoppschalters 9 us, und dann beträgt der Schaltbetrieb 3 us, die Ausgangsspannungswelligkeit Spitze-Spitze Wert ist so hoch wie 20mV; wenn Das System arbeitet im erzwungenen kontinuierlichen Modus. Der Induktorstrom kehrt sich nach einem Anstieg von 0 auf -100 mA weiter um und steigt dann von an an -100mA vorwärts weiter positiv bis maximal nach 0 erhöhen. Die Die Ausgangswelligkeit ist gering, und die Schleife des Induktors wirkt sich auf den Wirkungsgrad des Systems aus.

Die Der Wirkungsgrad der drei Modi bei geringer Last wird mit verglichen die Welligkeit der Ausgangsspannung In den drei Modi hat der Burst-Modus den höchsten Wirkungsgrad für leichte Lasten und die maximale Welligkeit der Ausgangsspannung, und der erzwungene kontinuierliche Modus hat den niedrigsten Wirkungsgrad für leichte Lasten und den minimalen Wirkungsgrad Die Ausgangsspannungswelligkeit, der Sprungimpulsmodus liegt irgendwo zwischen

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