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Principios, ventajas y desventajas de tres modos de trabajo cuando Los convertidores dc dc tienen poca carga

en la actualidad, la aplicación de convertidores dc dc de alta frecuencia y alta eficiencia es cada vez más extensa. normalmente a plena carga de salida, el convertidor cc cc funciona en CCM, modo de corriente continua. Sin embargo, cuando la carga de salida del sistema es de carga completa a carga ligera y luego a sin carga cambiar, el modo de funcionamiento del sistema también cambiará en consecuencia.

A continuación, tomaremos el convertidor reductor reductor como ejemplo para ilustrar el modo de funcionamiento del convertidor dc dc con carga ligera. El El convertidor buck buck tiene tres modos de funcionamiento con carga ligera: modo de ráfaga, modo de salto y modo continuo forzado. en esto papel, elaboraremos sobre el principio de funcionamiento, ventajas y desventajas de estos tres modos. en aplicaciones prácticas, el modo de funcionamiento correspondiente debería seleccionarse de acuerdo con los requisitos específicos del sistema en cuanto a ondulación de salida y eficiencia.


1. omitir el modo de pulso

Para a frecuencia constante convencional no sincrónico controlador reductor, generalmente la corriente del inductor opera en CCM modo de corriente continua, y la corriente media del inductor es la carga de salida corriente. Cuando la corriente de carga disminuye, la corriente promedio del inductor también disminuirá; cuando la corriente de carga disminuye, el convertidor entra en el modo de corriente crítica. en esto tiempo, si la corriente de carga se reduce aún más, la corriente del inductor vuelve a 0 y el período de conmutación no ha finalizado. debido a la acción de bloqueo inverso del diodo, la corriente del inductor se mantiene en un valor de 0 durante un período de tiempo, y luego finaliza el período de conmutación . El próximo período de activación, cuando el convertidor está en un modo de corriente completamente discontinuo.

después de que el convertidor entra en el modo de corriente discontinua, si la corriente de carga se reduce aún más, para mantener la regulación de la tensión de salida, el tiempo de activación del lado alto el tubo del interruptor se reducirá hasta el mínimo puntual del controlador. después de la hora de encendido del high-end el interruptor alcanza el mínimo puntualidad del responsable del tratamiento, si la corriente de carga aún se reduce, el controlador debe estar blindado para saltar algunos de los pulsos de conmutación para mantener la tensión de salida regulación. Este El método de control es el modo de salto de pulso.

El convertidor reductor síncrono detecta la corriente del tubo inferior. Cuando la corriente del tubo inferior es cercana a cero, el sistema trabaja en un no sincrónico manera, es decir, el tubo inferior no funciona, y el antiparalelo Se proporciona un diodo dentro del tubo inferior para proporcionar un circuito de rueda libre.

El El modo de salto proporciona una operación de corriente discontinua de corriente constante en el rango de corriente de entrada más amplio, evitando la corriente inversa del inductor. Desde el controlador permite que el regulador salte de algunos pulsos no deseados, mejora la eficiencia de las cargas ligeras en comparación con la operación en modo continuo, pero su carga ligera no es tan eficiente como la operación en modo ráfaga, y su ondulación de salida de carga ligera no es tan buena como continua modo. en funcionamiento. El El modo de omisión proporciona un compromiso entre la eficiencia operativa y el ruido.


2. modo de trabajo repentino

El El diagrama esquemático del modo Buck burst se muestra en la figura 2. VFB es el pin de retroalimentación de voltaje de salida, VEA es el amplificador de error de voltaje, VREF es la tensión de referencia, la tensión límite superior y la tensión límite inferior del modo de funcionamiento en ráfaga comparador son VH y VL, y el cambio de la carga de salida se detecta detectando el ITH tensión de pin VC.

Durante funcionamiento normal, el sistema no entrará en el modo de ráfaga. El modo de ráfaga comparador no funcionará. Cuando la carga de salida disminuye, la tensión de salida aumentará y VFB aumentará en consecuencia. Desde VEA es retroalimentación negativa, VC disminuirá. . Cuando la carga de salida se reduce a un cierto valor, después de que el sistema entra en el modo de carga ligera, el modo de ráfaga comparador comienza a trabajar, asumiendo el control del ITH pin voltaje VC, y la señal de salida del modo de ráfaga comparador hace que el circuito de control salida del lado alto MOSFET se apaga y el lado alto MOSFET detiene conmutación. en esto tiempo, la entrada ya no transfiere energía a la salida, y la salida grande de la salida mantendrá una carga de salida baja, por lo que el voltaje de salida se reduce lentamente y VFB se reduce correspondientemente. VC ha aumentado.

a medida que el voltaje de salida continúa disminuyendo, el voltaje de VFB continúa disminuyendo, y VC sigue aumentando. después de un largo período de tiempo, el VC el voltaje aumentará a VH igual, el modo de salida de ráfaga comparador la señal de salida se invertirá, el circuito de control habilitará el lado alto MOSFET señal de salida de la unidad, el lado alto MOSFET entra en la operación de conmutación, y el sistema entra en el PWM normal operación debido a El la energía de entrada es mayor que la energía consumida por la carga de salida, por lo que la tensión de salida aumentará.

Cuando el voltaje de salida se eleva a un cierto valor, el VC se reduce el voltaje y cuando el VC el voltaje se reduce a VL, el modo de operación de ráfaga comparador la salida se invierte de nuevo, la señal de excitación del lado alto MOSFET se apaga de nuevo y el sistema deja de funcionar de nuevo. Repetidamente, esto El modo de funcionamiento es el modo de funcionamiento en ráfaga. El modo de ráfaga comparador controla el lado alto tubo interruptor funcionamiento. El lado alto El tubo interruptor funciona por poco tiempo, y el tiempo para detener la operación es muy largo, lo cual reduce en gran medida la pérdida de conmutación. Durante esto período, muchas funciones dentro del chip dejan de funcionar y reducen el el consumo de corriente de reposo aumenta la eficiencia del sistema.

por otro lado, porque el lado alto El tubo de conmutación deja de funcionar durante mucho tiempo, el condensador de salida mantendrá la energía de la carga de salida y el voltaje del condensador de salida disminuirá considerablemente. Por lo tanto, la tensión de ondulación del condensador de salida es grande, es decir, la tensión de ondulación de salida es grande. El tensiones de umbral superior e inferior del modo de ráfaga comparador determinar el valor de ondulación del voltaje de salida.

Este El modo es algo similar al modo de histéresis de voltaje, pero la diferencia es que este El modo determina el cambio en la carga de salida a través de la detección interna para determinar si el sistema entra en el modo de ráfaga de carga ligera. en el modo de ráfaga, cuando el comparador la señal de salida cambia el sistema en funcionamiento normal, el sistema funciona para normal frecuencia fija PWM y el high-side MOSFET entra normal PWM operación. en esto tiempo, el sistema funciona en continuo PWM modo o intermitente y continuo PWM coexistir. Modo, la energía se transmite rápidamente a la salida y deja de funcionar después de algunos ciclos de funcionamiento.


3. modo continuo forzado

El El modo continuo forzado es principalmente para el convertidor reductor síncrono. en funcionamiento normal, el modo continuo forzado y el modo de salto de pulso funcionan en CCM modo. Cuando la carga de salida se reduce y se reduce a un cierto valor, como se describió anteriormente, el modo de salto ingresará al DCM modo por el CCM. Cuando la corriente del inductor es 0, el diodo de rueda libre se apagará naturalmente y mantendrá el estado apagado hasta se introduce el siguiente. abierto en el ciclo.

Para modo continuo forzado, la corriente en el inductor es 0. Desde el interruptor síncrono todavía está encendido, el voltaje del capacitor de salida se aplicará de manera inversa al inductor para invertir la inductancia, y la corriente del inductor aumentará desde 0 a un cierto valor. Valor, luego se apaga el tubo síncrono, se enciende el interruptor principal, se aplica el voltaje de entrada al inductor, el voltaje a través del inductor es un voltaje positivo, la corriente del inductor aumentará positivamente desde un cierto valor negativo, y continúan aumentando positivamente después de 0 un cierto valor, este es también el llamado fenómeno de reflujo de corriente de salida.

El El interruptor principal y el interruptor síncrono funcionan en cada ciclo de conmutación, por lo que el consumo de energía del interruptor es grande y la eficiencia del sistema es extremadamente baja. en condiciones de carga de salida baja, durante cada ciclo de conmutación, cuando la alta gama el interruptor principal está encendido, la energía transferida desde la entrada a la carga de salida es mayor que la energía requerida por la carga real, por lo que se debe confiar en la conducción del interruptor síncrono para hacer que el voltaje de salida El inductor se excita a la inversa para almacenar el exceso de energía en el inductor para mantener la regulación de salida. Este parte de la energía solo se intercambia hacia adelante y hacia atrás en el inductor y no se consume en la carga real. Desde la inductancia tiene pérdida magnética (potencia pérdida en el núcleo) y pérdida de cobre (pérdida de la resistencia del cable), la eficiencia se reduce aún más. Sin embargo, es precisamente porque el interruptor principal y el interruptor síncrono funcionan en cada ciclo de conmutación. Incluso en condiciones de carga ligera, la energía de la entrada y la salida se puede traducir en cada ciclo de conmutación, por lo que la ondulación de la tensión de salida también es la más pequeña.

Este El modo de funcionamiento menos eficiente es adecuado para algunas aplicaciones específicas. en esto modo, la salida se puede utilizar tanto para la corriente como para el sumidero de corriente, por lo que se puede aplicar al suministro de DDR memoria. Además, en algunos sistemas de comunicación, se requiere una fluctuación de voltaje de salida baja incluso en condiciones de carga ligera, por lo que se debe utilizar el modo de funcionamiento y la eficiencia no es una consideración importante. El la tensión y la frecuencia de ondulación de salida son constantes en todo el rango de variación de carga, que es fácil de filtrar el ruido y es adecuado para aplicaciones que requieren un ruido de interferencia bajo, como la comunicación. en la operación de modo continuo forzado, la corriente de salida se invierte y luego el tiempo muerto del tubo de conmutación, la corriente del inductor carga el condensador de entrada y el voltaje aumenta. El La tensión de entrada real se comprueba con el valor máximo del componente relevante. .


4. la comparación de los resultados de los tres modos

diseñar un convertidor reductor síncrono con un voltaje de entrada de 3.3V y una tensión de salida de 2,5 V. El la corriente de salida a plena carga es Io = 1.25A, la corriente de carga ligera Io = 50mA, la frecuencia de funcionamiento es 1MHz, el valor de inductancia es L = 2.2uH, y la capacitancia de salida es elegir a 22uF condensador de cerámica.

se puede ver desde Fig. 4 que bajo la corriente de salida de carga ligera de 50 mA, la corriente del inductor cuando el sistema funciona en el modo de omisión es DCM modo, y la corriente del inductor de cada ciclo de conmutación pasa por 0 y permanece durante un período de tiempo antes de entrar en el siguiente ciclo de conmutación; Cuando operando en modo ráfaga, el tiempo intermitente de la operación del interruptor de parada del interruptor principal es 9uS, y luego la operación del interruptor es 3uS, el voltaje de salida rizado pico a pico el valor es tan alto como 20mV; cuando el sistema funciona en modo continuo forzado, la corriente del inductor continúa invirtiéndose después de 0 aumento a -100 mA, luego aumenta desde -100mA adelante, continúe aumentando positivamente hasta el máximo después de 0. El la ondulación de salida es pequeña y el bucle del inductor afectará la eficiencia del sistema.

El la eficiencia de los tres modos a carga ligera se compara con la ondulación de la tensión de salida. en los tres modos, el modo de ráfaga tiene la eficiencia de carga ligera más alta y la ondulación de voltaje de salida máxima, y ​​el modo continuo forzado tiene la eficiencia de carga ligera más baja y mínimo. El ondulación del voltaje de salida, el modo de salto de pulso está en algún punto intermedio.

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