降壓型集成開關(guān)電源芯片廣泛應(yīng)用于各類便攜式設(shè)備中。 近年來，隨著電池供電的便攜式設(shè)備，如手機、MP3 播放器、PDA 等性能的提高和功能的日趨豐富，對于開關(guān)電源的效率提出了越來越高的要求。
下面友恩半導(dǎo)體工程師江蘇一種高性能綠色模式降壓型開關(guān)電源芯片芯片的設(shè)計方案，特點是采用PWM/ Burst 多模式控制策略提高全負載條件下的電源轉(zhuǎn)換效率。 由于降低了低負載和待機條件下的電源功耗，可減小由電池供電的現(xiàn)代便攜式設(shè)備的靜態(tài)功耗，延長設(shè)備的待機時間和電池的壽命。 芯片還實現(xiàn)了模式轉(zhuǎn)換過程中的平滑過渡以及過沖電壓的抑制。 此外，還引入一種高精度、高性能的片上電流檢測技術(shù)，進一步降低了功耗。 該芯片在115μm BCD (bip ola r2CMOS2DMOS) 工藝下設(shè)計和制造，測試結(jié)果表明芯片已達到預(yù)期的性能要求。
為提高性能和減少片外元器件， 目前應(yīng)用的Buck變換器通常集成了功率開關(guān)和同步整流開關(guān)。 同時， 為減小片外電感元件的尺寸以適應(yīng)便攜式設(shè)備的應(yīng)用，開關(guān)頻率往往設(shè)置為幾兆甚更高的數(shù)量級。 由此帶來的問題是，當(dāng)變換器工作在輕載條件下， 開關(guān)損耗就變成了主要的功率損耗。 而便攜式設(shè)備恰恰常工作于待機狀態(tài)即輕載工作狀態(tài)下，輕載效率對于延長電池的使用壽命關(guān)重要。 因此，提高輕載效率的問題受到了高度關(guān)注。
解決上述問題的一種常見方法是在輕載情況下降低開關(guān)頻率，從而使得變換器的效率保持在與重載近似的水平上。 這種技術(shù)有PFM/ PWM 多模式調(diào)制、共柵驅(qū)動等，但是它們有一個共同的缺點：開關(guān)頻率隨負載調(diào)制，這使片外濾波器的設(shè)計變得相當(dāng)復(fù)雜。
綠色模式降壓型功率集成開關(guān)電源芯片芯片采用了Burst/ PWM 多模式調(diào)制技術(shù)，控制變換器在重載下以恒定頻率工作在PWM 模式，而當(dāng)負載降低到一定程度時，自動切換到Burst 模式并以降低的恒定頻率工作。 其主要優(yōu)點是減少了開關(guān)損耗， 又不增加片外濾波器的設(shè)計復(fù)雜度。 此外，Burst 模式還可以根據(jù)應(yīng)用的需要，由用戶控制使能或禁止。 并且在模式轉(zhuǎn)換過程中，采用雙基準(zhǔn)法實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換的平滑過渡和負載遲滯。 同時，芯片引入片上電流檢測技術(shù)以取代傳統(tǒng)的電阻電流檢測， 在一定程度上減少了功耗。 功率開關(guān)和同步整流開關(guān)的集成也簡化了片外應(yīng)用電路的設(shè)計。
綠色模式降壓型開關(guān)電源芯片是一個恒定頻率工作、峰值電流控制模式的Buck 變換器，輸出電壓經(jīng)由片外分壓電阻反饋調(diào)節(jié)，功率開關(guān)和同步整流開關(guān)均由片上集成。
峰值電流PWM控制模式：DC2DC 變換器的控制策略主要有電壓型控制和電流型控制兩種。 與電壓型控制相比，電流型控制策略因具有較好的線性調(diào)整率和較為簡單的補償電路等優(yōu)點而被廣泛采用。
綠色模式Buck 變換器在重載條件下工作時，采用峰值電流PWM 控制策略。 通常，根據(jù)電感電流檢測方法的不同，電流型控制又可分為平均電流控制、峰值電流控制、模擬電流控制等不同模式，其中峰值電流控制模式因?qū)斎腚妷汉洼敵鲐撦d變化的瞬態(tài)響應(yīng)快、具有瞬時峰值電流限流功能等優(yōu)點，應(yīng)用為廣泛。
峰值電流控制環(huán)路主要由電流環(huán)和電壓環(huán)構(gòu)成。V in是輸入電源電壓;V sense 是電流檢測模塊檢測到的電壓信號; Isense是檢測模塊檢測到的與電感電流成比例的信號。 另外，V peak 信號即為受電壓環(huán)控制的預(yù)期要達到的與電感電流峰值相對應(yīng)的電壓信號。
在每個周期開始時，由時鐘上升沿置位主RS 觸發(fā)器，功率開關(guān)打開，變換器進入充電階段，電感電流上升， Isense 上升而V sense 下降。 當(dāng)電感電流達到峰值， 即V sense達到V peak時，電流比較器( Icomp ) 的輸出復(fù)位RS 觸發(fā)器控制功率開關(guān)關(guān)斷。 這就是電流環(huán)的工作過程。 而電感電流的峰值主要由電壓環(huán)控制。 具體地說，當(dāng)反饋電壓下降到基準(zhǔn)以下時，誤差放大器( EA) 輸出上升，限制電流上升峰值的V peak 電壓隨之下降，于是功率開關(guān)的開啟占空比增大，輸出電壓上升，反之亦然。 其中反饋電壓是由輸出電壓經(jīng)過電阻分壓得到的。
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