輕載高效Buck型DC-DC轉(zhuǎn)換器研究與設(shè)計(jì).pdf

1、低功耗，高效能，是當(dāng)今綠色電源設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，大到電源系統(tǒng)模塊，小到電源芯片皆是如此。本文在降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)上研究低功耗，高轉(zhuǎn)換效率，高性能的電源控制環(huán)路方案。
　　為了對(duì)比分析，本文首先討論了一種應(yīng)用廣泛的輕載高效模式，零電流開(kāi)關(guān)和突發(fā)模式(Burst mode)組合而成的ZCS(Zero Current Switch)模式。電感電流連續(xù)過(guò)零時(shí)進(jìn)入輕載模式，探測(cè)到輸出電壓下降時(shí)離開(kāi)輕載模式。采用0.5-μm BCD工藝，在

2、輸入電壓12V，輸出電壓3.3V的典型應(yīng)用下，負(fù)載降到400mA時(shí)進(jìn)入ZCS模式，轉(zhuǎn)換效率大大高于同樣負(fù)載下的PWM模式，特別是在負(fù)載10mA時(shí)，PWM模式的轉(zhuǎn)換效率只有45.6％，而ZCS模式的轉(zhuǎn)換效率有81.8％.但ZCS模式在輕載到重載切換時(shí)響應(yīng)較慢，輸出電壓下墜較大。
　　接著本文討論了LAM(Load Adaptive Mode)輕載高效模式，不同于ZCS模式，LAM模式下由誤差放大器構(gòu)成的電壓環(huán)路始終工作，在模式切換時(shí)

3、具有更快的負(fù)載響應(yīng)。在LAM模式下，會(huì)根據(jù)負(fù)載大小來(lái)調(diào)節(jié)輕載門限電壓，同時(shí)調(diào)節(jié)電感電流峰值，通過(guò)理論推導(dǎo)與電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓紋波的控制。但LAM模式的缺陷在于其輕載模式的負(fù)載門限較高，在中間負(fù)載區(qū)間(400mA＜ILoad＜1 A)也進(jìn)入了不合適的輕載模式而導(dǎo)致性能大大下降。
　　而后，本文結(jié)合ZCS模式和LAM模式各自的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一種新的輕載高效PCS(Peak Current Switch)模式，其將峰值電流開(kāi)關(guān)和

4、采樣保持模式組合，克服了ZCS模式大負(fù)載響應(yīng)慢和LAM模式的輕載門限高的問(wèn)題。在典型應(yīng)用下，PCS模式的輕載門限為200mA，全負(fù)載段(10mA到3A)的轉(zhuǎn)換效率在82％以上，峰值轉(zhuǎn)換效率達(dá)95％.在3.3V輸出下，負(fù)載由50mA突變到2A時(shí)，輸出電壓只有56mV(1.7％)的下墜。
　　最后，本文對(duì)上述三種輕載模式進(jìn)行了對(duì)比與總結(jié)。在全輸入輸出范圍來(lái)看，PCS模式是最優(yōu)的輕載高效模式，其在輸出電壓紋波和負(fù)載響應(yīng)上都明顯優(yōu)于ZCS