BUCK-电源工作原理演示幻灯片.ppt

2020/4/22 31 PWM 调制原理 CPU 工作时会根据负荷的大小发出一组 VID 代码 给电源 IC ，经过数 / 模转换后，得一模拟电压值， 即为 CPU 所需的工作电压。电源 IC 以此电压为 参考值，将之与 CPU 实际电压信号的差值进行放 大，得到误差信号 Vcomp, 再与电源 IC 内部产生 的锯齿波信号进行比较，产生 PWM 信号，控制开 关管的关断，使输出电压调整到符合 VID 相应的 电位。 2020/4/22 32 . ? 稳压原理： 2020/4/22 33 . ? . 2020/4/22 34 . ? 限流检测 ( 限流）： 2020/4/22 35 . ? 电流检测（通道平衡）： 2020/4/22 36 主板电源类型： ? . 2020/4/22 37 . ? 通道电流平衡： ? 为使每通道的达到热平衡，需要每通道的电感电 流大小一致， IC 内部处理方式：采样每通道的电 流，将各通道电流求和平均，与相电流相减，产 生一个误差信号 Ier ，再和 Vcomp 相减，调整各相 PWM 宽度，达到电流平衡，各相 Ier 为零时，则 电流达到了平衡。 ? 电流平衡是通过检测流过下管 Rds(on) 来实现的。 2020/4/22 38 ? 此外，为提高电源工作的可靠性，还需有 UVP ， OVP ， OCP 等功能，这此功能都集 成到芯片内部。 2020/4/22 39 应用实例 ? . 2020/4/22 1 Buck 电路工作原理分析： 2020/4/22 2 . ? . 2020/4/22 3 Buck 电路工作原理分析： Vin V o D L Io S S U L I L Vin-V o -V o o I ? Io D 1-D T 根据 L 的伏秒平衡原则： (Vin-V o)*DT=V o*(1-D)T V o=Vin *D L*ΔIo=V o *(1 -D)T I s 根据 L 在 1-D 时间的基本方程： ΔIo=V o *(1 -D)T/L 2020/4/22 4 Buck 电路工作原理分析 ? . 2020/4/22 5 Buck 电路工作原理分析 ? 电感电流： （开关管 ON ） ? Delta ILon= (Vin-Vo)*Ton/L 2020/4/22 6 Buck 电路工作原理分析 ? 电感电流： （开关管 OFF ） ? Delta ILoff= Vo*Toff/L 2020/4/22 7 Buck 电路工作原理分析 ? 电感电流： 2020/4/22 8 Buck 电路工作原理分析 ? 输出电容的电流波形： ? 电感电流： ? 输出电容电流： ? 要选择工作纹波电流大， ESR 小的输出电容，为 降低输出纹波电压，可用多个小容量的电容并联 使用。 2020/4/22 9 Buck 电路工作原理分析 ? 根据负载大小变化， BUCK 电源工作在 CCM 与 DCM 两种状态。 ? CCM: Continuous Current Mode ? DCM: Discontinuous Current Mode ? 在 CCM 模式，电感电流在整个周期内都时连续的， Po=1/2*L*(IL1 2 -IL2 2 ) ? 在 DCM 模式，一个周期内，有段时间电感电流 为零。 Po=1/2*L*IL 2 =V0 2 /R ? IL=sqrt(2*Vo 2 /LR) ? = 2020/4/22 10 两种模式下的工作电流波形： ? . 2020/4/22 11 Buck 电路工作原理分析 电感电流波形： CCM 2020/4/22 12 Buck 电路工作原理分析 电感电流波形： DCM 2020/4/22 13 Buck 电路工作原理分析 ? 由上可知，电感电流由直流（ Io ）和纹波电流 （ ）两部分组成； ? 在 CCM 模式，电感电流随负载电流变化，但纹波 分量并不改变，由此可以看出负载变化时占空比 不变。 ? 当负载减小到使电感电流从刚好零开始时，此为 CCM 与 DCM 转换的临界状态。 ? 进一步减小输出负载，此时并不需要很大的电感 电流维持输出功率，电感开始减小，占空比也减 小，而电感也在开关管下次导通之前电流降为零。 电路进入 DCM 模式，在此模式下，占空比随着负 载变化而变化。 2020/4/22 14 Buck 电路工作原理分析 ? 模式间转换过程： ? DCM 模式，电感电压不为零？ 2020/4/22 15 Buck 电路工作原理分析 ? 模式间转换过程： 2020/4/22 16 同步整流电路分析 ? 非同步整流电路结构简单，容易驱动，但 因作为续流的肖特基二极管管压降大，功 率损耗较大，导致整个电源效率降低，所