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開關(guān)模式電源中,當(dāng)脈沖被忽略時

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,,脈沖會被忽略,。在考慮輸出紋波電壓和EMI效應(yīng)時,這一點非常重要,。

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,,因為它會影響到外部無源器件的尺寸和成本。此外,,開關(guān)頻率還會影響可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換效率,。對于整個電路(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)計人員在評估實際電路時,,往往會得出令人驚訝的結(jié)果,。在選定的開關(guān)頻率下,所設(shè)計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)壓器的電壓隨時間的變化。在切換到較長的暫停階段之前,,開關(guān)節(jié)點會開關(guān)一次,。在這個暫停階段,開關(guān)穩(wěn)壓器IC的許多功能進入睡眠模式,,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,,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,通常會存在極少量的脈沖,例如,,一個脈沖或大量脈沖,。通常,在輸出電壓達到設(shè)定的上限閾值之前,,會產(chǎn)生盡可能多的脈沖,。之后會暫停一段時間,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,仍然會按照選定的開關(guān)頻率進行開關(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)計中,,開關(guān)節(jié)點上每出現(xiàn)一次脈沖時,會有一定量的電能基于正常的最低導(dǎo)通時間從功率轉(zhuǎn)換器的輸入端移動到輸出端,。但是,,如果在這時候,負(fù)載不需要或只需要很少量的電能,,輸出電壓會上升,。一些脈沖會被跳過,以防輸出電壓上升過多,。此時,,輸出電壓的電壓紋波也會增大。脈沖跳頻模式通常由反饋節(jié)點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),,不會節(jié)省大量電能,。所以,轉(zhuǎn)換效率只會稍稍提高,。

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),可能是因為電路處于突發(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制,這在評估開關(guān)模式電源電路時是非常有用的,。設(shè)計人員可以以此為依據(jù),,準(zhǔn)確推斷電源是否正在可靠運行。


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