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揭曉:如何更好的設(shè)計PWM DC-DC系統(tǒng)?

發(fā)布時間:2014-09-26 責任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】在直流電路當中,使用的較多的技術(shù)就是DC-DC,它能夠使電壓值的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€電壓值電能。電源設(shè)計當中的DC-DC變換器模塊就是基于這種技術(shù),它能夠簡化電路的設(shè)計,并且縮短產(chǎn)品的研制周期。與PWM結(jié)合之后,DC-DC就能更好的對模擬電路進行控制。文中詳細的介紹了能夠更好地設(shè)計PWM DC-DC系統(tǒng)的方法。

PWM DC-DC的組成核心電路共分兩大部分,分別是ramp/pulse oscillator和error amplifier。ramp/pulse oscillator的難點在于造出一個具有高線性度的ramp waveform,電路雖然不難,但做到最佳卻頗具難度。通常為了維持高線性度,大都會額外再加個補償電路來解決。

而error amplifier,目前有type II和typ III兩種補償架構(gòu),而要如何決定type II及typeIII補償電路中的R及C值就需考量整體DC-DC。error amplifier看似簡單,但是 R和C的值卻會決定整個DC-DC系統(tǒng)的穩(wěn)定度與效能。所以,若然不是非常了解整個理論基礎(chǔ),就冒然的定出R、C值是非常不明智的。

在做DC-DC電路前,根據(jù)所input voltage、output voltage、Iload 范圍,用編好的excel來計算出要使用的電感、電容值、type II或者type III補償R和C值各為多少后,用simplis仿真驗證,然后才用spectre來做各個子電路的模擬。不過,用spectre來作模擬所需時間實在很長。

DC-DC電路中,最難的當屬PWM的error amplifier,只要R、C值沒決定好,整個系統(tǒng)的performance都會受到影響,在不斷的調(diào)整中才會漸漸理出個頭緒出來,要想定出R和C值,真的要熟悉整個PWM的理論架構(gòu)。

PWM的DC-DC的gm不能過高或者過低,而是要搭配系統(tǒng)來采用type II或者type III的補償網(wǎng)路、L和C值以及操作頻率所計算出來的。因此,gm值是依據(jù)系統(tǒng)規(guī)格所計算出來的一項規(guī)格,而不是隨意定出來的值。

對于error amplifier,它的考量點乃在于外部電感、電容、ESR所組成的三階filter的pole,再配合分壓電阻的gain、PWM的gain、error amplifier本身的gain、phase。因此并不是error amplifier的gain夠高,phase margin夠?qū)捈纯伞2⑶乙浜险麄€loop的gain以及phase去算出來,才能夠知道error amplifier的gain和phase margin值是多少,尤其是phase margin,PWM的stability決定了error amplifier的phase margin。

除了errr amplifier外,最麻煩的當屬protection circuit,在DC-DC電路中用到很多protection circuit,如soft-start circuit、under voltage lock out、 current liming circuit、thermal shut-down circuit、 over current protection、zero current protection等等,各有不同的保護對象與條件。處理不當就會導(dǎo)致DC-DC 系統(tǒng)癱瘓,而且各個protection機制又有優(yōu)先權(quán)的區(qū)分,所以這些protection circuit是最麻煩處理的。

目前的系統(tǒng)中絕大部份會有PWM和PFM兩種switching regulator。在正常的PWM模式下操作,如果系統(tǒng)是省電模式,則會進入PFM。這是因為PWM和PFM兩者在輕/重負載下各有其優(yōu)缺點,以往的系統(tǒng)幾乎都只工作在PWM下。

POWER DEVICE的metal bus width絕大部份都是以average current來估算的,仍要小心避免其transient peak current過大,和流過的時間過長的問題。因為一旦transient peak current的值過大,且維持的時間過久,仍然有可能會把meal給燒斷掉。

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