目录
工程应用
1如何将输出正电压改为负电压？
特性
开关频率
1当频率增加时，dcr会变小，传导损耗也会变小。
2开关频率对电源效率损失的影响
3开关频率对电源EMC/EMI性能的影响
杂物
通电速度
原则
反馈控制模式
电压模式控制
电流模式控制
滞后控制
示意图/布局/实际模型
调节电子管VT
转换器
输出电压
自举部分(连接在vin和bs之间的电容)
例如：
为什么唐你不需要自举来放下管子吗？
vFB和vref的比较器采用差分放大电路。
次谐波振荡
成分
开关频率对外围设备尺寸/成本的影响
滤波电容器
飞轮二极管
为什么要用快速恢复管？
二极管VD1-异步
优势
劣势
MOS管下降管同步
传导损耗
开关损耗(驱动损耗)
优势
劣势
感应系数
前沿设备
模块电源
变压器
涟漪
电感引起的纹波：
整个最后一级引起的纹波值(Ripple ):
滤波
工作模式
PFM脉冲频率调制型
优势
劣势
调整模式：
PWM-脉宽调制型
优势
劣势
调整模式：
混合调制类型
分类
软开关
零电压电路
零电流电路
连续和不连续模式
飞降压(正向激励)
轻负载和高效率
如何实现轻负载高效率？
为什么超载时效率能达到80以上？
而在轻负载下(如3.3V-10mA)，效率下降很多？
开关损耗
传导损耗
例如：
轻负载高效率的三种模式
脉冲模式(psm)
突发工作模式
AAM模式
升温
定义
评估计算方法
(ploss:芯片的功耗)
边缘
工程应用
1如何将输出正电压改为负电压？
把所有要输出的地方都换了，把输出换成地方就行了。
特性
高效率
导通后，正向电阻小，
虽然电流很大，但是管压降很小。
截至，尽管反向电压很大，
但是电阻无穷大，电流几乎为零。
体积小重量轻
因为调节管的功耗小，所以也可以减少散热器。50 Hz工频变压器可以省略。
开关频率通常是几十千赫兹，因此滤波电感和电容的容量可以大大减小。
基本上不会因输入DC电压的幅度而改变。
输出电压只与调节管的开通和关断时间之比有关。
因此，允许电网电压大幅波动。
线性稳压电路允许电网电压波动10%。
开关栅极的电压为140 V至260 V
4%的电网频率变化也能正常工作。
并且波纹和噪声分量很大。
开/关状态会产生峰值干扰和谐波信号。
开关频率
1当频率增加时，dcr会变小，传导损耗也会变小。
开关频率与系统频率同步。
mos开关动作，小于5M
频率决定了两个核心指标：电感电流纹波和输出电压纹波。
提高频率可以降低对电感和电容的要求。
本质是频率提高了，单次需要储存的能量更少了。
因此，降低了对能量存储元件的要求。
但是无限频率会增加损耗。
开关一次，门损耗(开关损耗)增加一次。
损耗：传导损耗、开关损耗、驱动损耗
影响损失、效率、热指数。
此外，过高的开关频率会导致emi恶化。
2开关频率对电源效率损失的影响
12V至3.3V的效率曲线比较
开关频率越高，功耗越大。
3开关频率对电源EMC/EMI性能的影响
开关频率越高，emi问题越严重。
用于车辆的CISPR25的常见频带在400-600kHz和2MHz以上。
提高emc s高频性能：加屏蔽壳，加磁珠，加共模扼流圈。
同步跳频/抖动以避免无线电的AM频率。
频率抖动技术(SSFM)有助于优化电源的电磁干扰特性。
通过抖动将噪声信号的能量分散在一定的频率范围内，从而达到降低噪声峰值的目的
然后将采样的电感器电流信号I_L与Vc信号进行比较。
与VC _ L碰撞形成的控制回路过程
从而获得相应的控制信号来驱动MOS管。
CLK信号决定何时RS触发器。
实现主电路的能量反复传递。
反馈控制模式
动态响应速度：
滞后现象& gt当前反馈& gt电压反馈
电压模式控制
误差放大器的参考信号是三角波(时钟、反馈电压)。
只监控输出电压，所以只要输出电压不变，
能不要回应。
相位补偿设计需要增加超前补偿和滞后补偿，设计复杂。
电流模式控制
误差放大器的参考信号是电感电流(三角波、时钟、电压)。
环路稳定性高，负载瞬态响应速度快。
目前，功率集成电路的主流反馈控制方式
滞后控制
放大器的参考信号是比较器(反馈电压)。
不需要相位补偿，反馈回路稳定性高。
但是纹波噪声很大。
一般常用LDO反馈，没有后置pwm，所以也是线性源。
示意图/布局/实际模型
降压和ldo有什么区别？
Buck在EA和上管之间加入pwm实现开关功能。
调节电子管VT
导电时，调节电子管的发射极电位。
上面为正，下面为负，二极管vd关断，电感开始充电。
当它不导通时，三极管被关断，电感是由反电势引起的，
电流将继续流经负载和二极管。
发射极电位(二极管的正向导通电压)
转换器
所产生的三角波信号ut被施加到比较器的非反相输入端。
使UA DC变成ub脉冲AC。
当Ut UA时，比较器输出高电平，即UB=Uopp
当ut UA时，比较器输出低电平，us=-Uopp
* *三角波电路的组成* *
集成运算放大器A1构成磁滞比较器，A2构成积分电路。
磁滞比较器的输出被加到积分电路的反相输入端进行积分。
积分电路的输出连接到磁滞比较器的非反相输入端。
控制迟滞比较器的输出状态跳变。
输出电压
二极管的饱和压降UCES和正向导通电压UD的值非常小，可以忽略不计。
因此，通过调整三角波的大小，可以调整占空比，进而调整电压。
因此，可以通过调整ua电平来调整占空比。
自举部分(连接在vin和bs之间的电容)
连接输入vin和上管的S极，确保上管导通时电压始终大于vin。
负周期，下管导通，自举电容充电，充电时间为Toff，上vcc，下0。
在正周期，自举电容电压可以突然改变，所以下面的电压是VCC，上面的电压成为vin下管导。
当充电电压开启时，电压升高，vgs大于vgs(th)
此时，自举电容向内部电路放电Ton。
例如：
Vin为12v，为了保持导通，
上管g极必须保持15V的电压，
因为下管的S极是12V，加上上管的G极二极管的导通电压是3V。
为什么唐你不需要自举来放下管子吗？
下管容易导通，gs的S接地，GS & gtGS (TH)很好满足。
vFB和vref的比较器采用差分放大电路。
输入阻抗大(几兆欧到十几兆欧)，反馈信号小可以立即响应。
因为高阻抗点，示波器探头通常设置为1m阻抗匹配。
确保探头周围没有相邻的干扰源。
类似地，因为它是高阻抗点，
即使外界信号干扰很小，也会很容易被FB引脚接收到。
所以测试前要戴上静电手环，禁止手指接触FB管脚。
并保证如图所示的最小回路法可以显著降低噪声的影响。
差分放大器还具有消除零点漂移、抑制共模干扰和提高差模增益的功能。
次谐波振荡
系统受到扰动后发生振荡，使原本有序的PWM开关波形发生偏移
为什么要用快速恢复管？
虽然普通二极管可以保证低频单向导通。
但是高频可以
附加的肖特基二极管可以防止负载在同时导通的情况下持续供电。
减少寄生二极管响应速度慢引起的纹波。
因此它具有低的导通电阻和短的反向恢复时间。
但不适合高电压场合，反向电压低。
如果漏电流大，也会影响效率。
二极管VD1-异步
整流二极管(异步整流)
二极管特性，0.3V的电压降将消耗过多的功率
示例：
优势
可靠性好，不是因为上下管直通后，
过大的电流烧坏mos管
劣势
因为正向导通电压大，所以功耗大。
MOS管下降管同步
传导损耗
因此，同步管的导通电阻应该很小。
开关损耗(驱动损耗)
栅极电流对栅极电容进行充电和放电，导致
选择开关管的小栅源极限压降和栅电荷。
如果输出电流需求大于5A，则需要外部连接较低的mos。
优势
低导通电阻(mos管的RDS(ON)-毫欧级，远低于二极管的导通电阻)
对于内部mos，可以在外部并联两个mos。
分区开关电源第12页
对于内部mos，可以在外部并联两个mos。
进一步降低rdson
低电压和低功耗。
劣势
需要额外的控制电路。
感应系数
注意DC电阻(dcr ),以最大限度地降低DC阻抗，减少铜损。
(铁损：铁芯损耗、空载损耗、铜损：线圈损耗、负载损耗)
为了提高效率，开关电源一般采用DCR较小的电感，电感周围的导线越粗，DCR越小。
根据公式，电感越大，电流纹波越小。
输入和输出电压值之间的差异越小，所需的电感值就越小。
但如果电感值太大，动态性能会很差，反馈响应会很慢。
前沿设备
模块电源
目前，模块电源的主流频率提高到3到4MHz的水平。
变压器
去掉传统的变压器骨架和铜线。
利用PCB多层线圈设计薄型平面变压器
在更高频率的领域，只需要利用PCB线圈或PCB寄生电感就可以完成功率传输。
如果对体积没有要求，高频电感还可以省去磁芯，做成空芯电感，节约成本。
涟漪
电感引起的纹波：
电流的纹波一般为40%。
选择esr小的电容会明显降低输出纹波。
整个最后一级引起的纹波值(Ripple ):
最终输出电压
滤波
吸收
再加上电容，磁珠的开关特性不如反射式，比较软。
反射型
因为L的电阻较低，考虑到阻抗匹配，电感选择在靠近低阻抗的一端。
工作模式
PFM脉冲频率调制型
优势
适用于轻负载电流场景
功耗相对较低
调整开关频率，如果输出电压超过设定电压，输出将被关闭。
劣势
由于频率低，输出纹波大，响应速度慢。
但其轻载效率高，功耗低，不适合CCM模式。
昂贵，因为匹配滤波器很难(谐波频谱太宽)
调整模式：
调整开关周期时间
当负载增加时，振荡减小，最终变为PWM模式。
开，关，不一定。
分区开关电源第14页
开，关，不一定。
PWM-脉宽调制型
优势
噪音很容易过滤
不会长时间关机，所以响应速度快，效率高。
劣势
开关损耗影响效率。
轻载效率差，需要提供假负载。
调整模式：
调整循环中的开启时间。
混合调制类型
分类
根据是否使用工频变压器。
低压开关调节器电路：
也就是说，50 Hz电网电压在进入开关稳压电路之前被工频变压器转换成较低的电压，
高压开关调节器电路：
代替电力变压器的是高压和
导通时，串联电感可以延迟导通后电流的上升速率。
连续和不连续模式
反干扰措施（counter-counter measures的缩写）
扩张型心肌病
电感器的体积可以做得更小。
有一瞬间电感电流为0。
跳频时，输出电压纹波过大。
飞降压(正向激励)
降压推导-隔离输出电压稳定，只有电压下降。
电感改为四线耦合电感，一路输出变为多路输出。
单向激励
为了防止原边关断，瞬时电流耦合到副边，导致VD2损坏。
增加一个磁通量复位电路。
D3和N3的结合可以释放多余的磁能。
轻负载和高效率
如何实现轻负载高效率？
降低传导损耗
较低dcr和ecr
减少铁损和铜损
降低工作频率
为什么超载时效率能达到80以上？
而在轻负载下(如3.3V-10mA)，效率下降很多？
开关损耗和传导损耗这两个因素会影响效率。
开关损耗
当负载较轻时，开关损耗几乎是恒定的。因为输出功率低，
IC的效率会比大负载下低很多。
传导损耗
在重负载下，传导损耗是影响效率的主要因素。
例如：
卡车司机靠送货挣钱。
满载货物就能赚得盆满钵满。
车跑空，司机过收费站要自己交过路费(道岔损耗)。
收费站越多，亏的越多。
所以为了不亏，一定要少进收费站。
轻负载高效率的三种模式
脉冲模式(psm)
纹波小，效率差，瞬态响应好。
也就是说，当输出过载时，它以连续模式(CCM)工作。
当负载电流降低时，电源将以不连续模式(DCM)工作
也就是说，VGS的占空比变小，il电感电流不再连续。
上管直到其接通时间达到最小接通时间才接通。
如果负载继续降低，控制器将直接屏蔽一些开关脉冲，如红色虚线框所示。
比如运送货物比收费站少，节约成本。
突发工作模式
当输出负载电流降低到一定值时，系统进入轻载模式，
上下管长时间停止工作(关闭)，输出由输出电容维持。
在电容放电期间，输出电压会长时间下降。
当vc上升到VH时，进入切换模式，重新打开上下管。
如上图所示，输出电容在快速导通和关断过程中会产生较大的纹波，瞬态响应较差。
例如：
但是货运收费站，走野路。
因为道路长(瞬态响应差)且不平坦(纹波大)
事故风险(芯片不工作)
AAM模式
与突发模式相比，sr触发器的S前端增加了红框所示的运算放大器。
当Vcomp的DC分量小于VAAM时，电源进入轻载模式。
如图1所示，当Vcomp波动并且其值大于VAAM时，时钟信号被开启，
上部管道开口
如图二所示，当电感电流达到Vcomp时
上管关闭，下管导通。
如图3所示，在电感电流降至0之前，下管闭合，完成一个开关周期。
当输出轻负载时，通常工作在PFM(脉冲频率调制)模式。
当输出过载时，它以PWM(脉宽调制)模式工作。
升温
说明编辑异步是肖特基外部的。
尽管集成同步结构的整体效率更高
但是它的芯片包含更多的损耗部件。
因此，单芯片比异步芯片产生更多的热量。
定义
分区开关电源第20页
JA的目的是比较来自不同制造商的芯片的相对热性能。
JC的作用是比较安装散热片时芯片的热性能。
评估计算方法
(ploss:芯片的功耗)
测试计算方法(更精确)
Tc收购
边缘
回顾黄浩宇
标签：电压电感频率