具快速負載響應且設(shè)計簡便的寬輸入電壓降壓交換式電源方案

現(xiàn)今， 隨著工業(yè)控制、工業(yè)計算機、車用電子，甚至服務器的需求越來越多樣化，產(chǎn)品輸入電壓范圍也變得非常寬。有些應用提高輸入電壓來減少輸入電流，以減少輸入線損并提高轉(zhuǎn)換效率。新型的服務器已可見48V輸入的需求！有些應用也使用不同電壓源來對系統(tǒng)供電，例如工業(yè)平板計算機使用12~36V的DC輸入或使用2~3串的鋰電組供電（ 電壓范圍6V~12.6V之間），這對于3.3V、1.8V、1.2V等較低系統(tǒng)電壓需用6V~36V輸入的的電源穩(wěn)壓方案，就有寬輸入電壓方案的需求。另外，系統(tǒng)對指令周期要求越來越快，當芯片操作頻率增加，芯片對電源的穩(wěn)定度要求也越來越高 。電源方案要達到此條件，快速負載響應就成為必要條件！

 
圖一展現(xiàn)定頻電壓模式降壓轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)與優(yōu)缺點，這架構(gòu)主要好處是普遍、控制器設(shè)計簡單和Pulse-width Modulation（PWM）三角波振幅大，降低占空比誤差；缺點是電感器與輸出電容產(chǎn)生雙極點，需用復雜補償回路、補償回路速度慢及瞬態(tài)響應差！另外，由于誤差放大器 （Error Amplifier, EA）的增益會被輸入電壓影響，要做到寬輸入電壓的設(shè)計會有挑戰(zhàn)！

 

圖二列出此架構(gòu)瞬態(tài)變化相關(guān)波型。可看到當輸出電流上升，由于補償回路延遲，輸出電壓（也反映在回授電壓）會往下掉直到回授電路察覺這變化，開始調(diào)整占空比（Duty Cycle）。由高端閘驅(qū)動波形知道占空比在紅色區(qū)域才調(diào)整，這已落后一PWM周期！如果回授電路沒調(diào)好，反應再慢，輸出電壓降幅會更大，造成系統(tǒng)電壓過低而出問題！

Microchip 的Hyper Speed ControlR架構(gòu)（又稱為Adaptive Constant On-Time Control架構(gòu)）可在寬范圍的輸入電壓產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出。并對快速的負載變動有很快的頻率響應，又可簡化整體電路的設(shè)計！

 

接著分析Hyper Speed Control架構(gòu)的優(yōu)點。圖三用Microchip 的MIC2127A簡化方塊圖說明此架構(gòu)組成，包括了處理輸出反饋的放大電路單元、產(chǎn)生固定on-time的預估電路、電流限制電路、控制邏輯與閘驅(qū)動。它的操作原理可參考圖四，圖中顯示了相關(guān)波形，當輸出電流在瞬態(tài)上升，一開始輸出電壓往下掉（也反映在回授電壓），但當回路偵測到回授電壓低于參考電壓（ VREF）時，高端閘驅(qū)動會結(jié)束OFF時間并開啟一個固定on-time，在on-time結(jié)束后如果發(fā)現(xiàn)回授電壓還沒高于VREF值，表示輸出電壓還未回復；這時此架構(gòu)用最小OFF時間（TOFF(min)）對高端閘驅(qū)動的電荷幫浦電路補充電荷，之后再開啟下個on-time，高端MOSFET會依固定on-time + TOFF(min) 的周期持續(xù)【開啟-關(guān)閉】直到回授與輸出電壓回到正常值！這時的PWM周期比在穩(wěn)態(tài)時短 （T_transient = on-time + TOFF(min) ）。此時PWM的占空比也會開到最大（DutyCycle_transient = (on-time) / ( on-time + TOFF(min) ）。把瞬態(tài)的操作頻率與占空比同時加大，自然瞬態(tài)響應就好，達到快速負載響應的目的！

以上是對有快速負載響應，簡便設(shè)計的寬輸入電壓的降壓交換式電源方案的介紹， 并以Microchip系列產(chǎn)品的MIC2127A當范例來講解方案優(yōu)點.