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開關(guān)模式電源中,,當(dāng)脈沖被忽略時(shí)

2023-01-04
作者:ADI現(xiàn)場應(yīng)用工程師Frederik Dostal
來源:ADI公司
關(guān)鍵詞: ADI 開關(guān)電源 脈沖

即使是具有固定開關(guān)頻率的開關(guān)電源,,也并非總是顯示連續(xù)的脈沖,。在某些情況下,由于各種原因,,脈沖會(huì)被忽略,。在考慮輸出紋波電壓和EMI效應(yīng)時(shí),這一點(diǎn)非常重要,。

用于電壓轉(zhuǎn)換的開關(guān)穩(wěn)壓器通常采用可調(diào)的或固定的開關(guān)頻率,。這個(gè)值通常在開關(guān)穩(wěn)壓器IC數(shù)據(jù)手冊的第一頁列出,。對于電源電路來說,開關(guān)頻率的選擇是很重要的,,因?yàn)樗鼤?huì)影響到外部無源器件的尺寸和成本,。此外,開關(guān)頻率還會(huì)影響可實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換效率,。對于整個(gè)電路(不僅是功率轉(zhuǎn)換器,,還包括系統(tǒng)中的其他電路部分),開關(guān)頻率的選擇也非常重要,。ADI通常在整個(gè)系統(tǒng)受干擾最小的頻率范圍內(nèi)選擇開關(guān)頻率,。受印刷電路板的寄生效應(yīng)影響,電源的開關(guān)頻率通常通過電容和電感耦合方式與電路的許多部分耦合,。

在選擇了正確的開關(guān)頻率之后,,電路設(shè)計(jì)人員在評估實(shí)際電路時(shí),往往會(huì)得出令人驚訝的結(jié)果,。在選定的開關(guān)頻率下,,所設(shè)計(jì)的電路常常不能按預(yù)期開關(guān)。通常有以下兩方面原因,。


突發(fā)模式

許多應(yīng)用需要非常高的轉(zhuǎn)換效率,,即使在低輸出負(fù)載下也是如此。如果所需的輸出功率只有幾mW,,開關(guān)穩(wěn)壓器本身的供電電流是嚴(yán)重不成比例的,。如果以百分比表示效率,這一點(diǎn)尤其明顯,。為了提高這些情況下的效率,,開關(guān)穩(wěn)壓器IC通常會(huì)配置特殊的突發(fā)模式。圖1顯示在突發(fā)模式?下,,開關(guān)穩(wěn)壓器的電壓隨時(shí)間的變化。在切換到較長的暫停階段之前,,開關(guān)節(jié)點(diǎn)會(huì)開關(guān)一次,。在這個(gè)暫停階段,開關(guān)穩(wěn)壓器IC的許多功能進(jìn)入睡眠模式,,只需消耗極少量的電能,。圖1顯示了開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓、電感電流和輸出電壓

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在突發(fā)模式下工作時(shí),,輸出電壓的紋波更大,。相比在正常工作條件下由開關(guān)頻率設(shè)置的電壓紋波,其頻率要低得多,。根據(jù)電壓轉(zhuǎn)換器IC和電路條件,,在突發(fā)階段操作時(shí),通常會(huì)存在極少量的脈沖,例如,,一個(gè)脈沖或大量脈沖,。通常,在輸出電壓達(dá)到設(shè)定的上限閾值之前,,會(huì)產(chǎn)生盡可能多的脈沖,。之后會(huì)暫停一段時(shí)間,直到輸出電壓降到低于閾值下限,。在這種情況下,,在脈沖期間,仍然會(huì)按照選定的開關(guān)頻率進(jìn)行開關(guān),,但由突發(fā)階段定義的更低的頻率和暫停階段也會(huì)出現(xiàn)在頻譜中,。


脈沖跳頻模式

另一種模式是脈沖跳頻模式。許多類型的功率轉(zhuǎn)換器都提供這種模式,。在許多拓?fù)湓O(shè)計(jì)中,,開關(guān)節(jié)點(diǎn)上每出現(xiàn)一次脈沖時(shí),會(huì)有一定量的電能基于正常的最低導(dǎo)通時(shí)間從功率轉(zhuǎn)換器的輸入端移動(dòng)到輸出端,。但是,,如果在這時(shí)候,負(fù)載不需要或只需要很少量的電能,,輸出電壓會(huì)上升,。一些脈沖會(huì)被跳過,以防輸出電壓上升過多,。此時(shí),,輸出電壓的電壓紋波也會(huì)增大。脈沖跳頻模式通常由反饋節(jié)點(diǎn)上的過壓比較器激活,。例如,,如果跳過每秒脈沖,即可在頻譜中看到相當(dāng)于設(shè)置開關(guān)頻率一半的開關(guān)頻率(FFT表示法),。

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與突發(fā)模式相比,,在脈沖跳頻模式下,只需讓輸出電壓保持在特定范圍內(nèi),,不會(huì)節(jié)省大量電能,。所以,轉(zhuǎn)換效率只會(huì)稍稍提高,。

因此,,如果開關(guān)穩(wěn)壓器以不同于設(shè)置頻率的開關(guān)頻率開關(guān),可能是因?yàn)殡娐诽幱谕话l(fā)模式或脈沖跳頻模式,。

但是,,可能有其他原因?qū)е略陂_關(guān)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)非連續(xù)脈沖,。其中包括:一般控制環(huán)路不穩(wěn)定、達(dá)到現(xiàn)有的限流值,、溫度超過熱關(guān)斷限值等,。


結(jié)論

開關(guān)模式電源能夠以不同于預(yù)期開關(guān)頻率的脈沖運(yùn)行。這一般發(fā)生在低負(fù)載條件下,。理解這種行為背后的機(jī)制,,這在評估開關(guān)模式電源電路時(shí)是非常有用的。設(shè)計(jì)人員可以以此為依據(jù),,準(zhǔn)確推斷電源是否正在可靠運(yùn)行,。


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