PWM電源控制器拓撲結構及仿電流感測信號技術

1、關于寬或高輸入范圍、低電源輸出功率降壓穩壓系統的問題

一般來說，常常采用開關穩壓器將不穩定的寬與高輸入電壓降低為穩定的低輸出電壓。對于必須通過DC/DC轉換降低輸入電壓的系統來說，采用開關穩壓器可大幅提高轉換效率，這方面遠比線性穩壓器好得多。其脈寬調制PWM電源供應控制器有單端拓撲結構與雙端拓撲結構。

1.1單端拓撲結構的控制方法與特征

控制方法有二種，即電壓模式與電流模式。電壓模式是簡易、低噪音的控制方法，可滿足大輸入及輸出范圍的需求。電流模式是帶內置電流限制，擁有快速瞬態響應時間。

集成度：集成的軟啟動(可編程)提供了可預測的啟動能力，而內置前沿消隱電路(1eadingedgeblanking)，用以抑制MOSFET管開啟時的轉換所產生的毛刺。

性能具有：多種電壓模式控制器都具有輸入電壓前饋能力，可對輸入線電壓的改變做出即時的響應；絕大部分的控制器都具有內置高電流驅動能力。無須外置MOSFET驅動器；更低的啟動電流，以用于脫機應用；低工作電流實現了低負載下的高效率；可編程最小化的責任周期限制，實現了低負載下的高效率（如UCC3581)。

特點：在10W350W脫機工作，DC／DC電源；單端拓撲結構電源（降壓型、升壓型、回掃型和正向）。

1.2雙端拓撲結構控制方法與特征

其電流模式的控制技術是采用逐周期電源限制(cycle-by-cyclecurrentlimltmg)，并以其快速的瞬態響應為特色；而電壓模式是多用途，低噪音的控制方法，可實現大的責任周期范圍。

軟開關特征：零電壓切換(ZVT)軟開關技術最小化了開啟時的功率損耗；相位切換、零電壓轉換控制器最大化了全橋轉換器的效率。

保護特征：靈活的過電流限制回路提供了可編程的錯誤保護模式；可編程軟啟動實現了初始化時及出錯之后的可預測啟動；高速，逐周期電流限制；最大化責任周期限制以防止變壓器飽和；可編程停滯時間(deadtime)控制，防止了電源開關的交叉傳導。

1.3舉例應用——更高集成度的PWM控制器MAX5051

MAX5051為雙開關拓撲PWM控制器，比較理想用于建立高性能、同步整流、48V隔離電源。見圖1 MAX5051功能引腳與應用示意圖。其元件數減少2倍而成本削減3倍。





應該說當今大部分內置變壓器的直流／直流轉換器都采用回掃及正向的電路程式。由于這兩種布局的變壓器匝數比可以按照不同要求加以設定，因此可以滿足大部分降壓轉換的要求，確保使寬與高輸入／輸出降壓比的應用也可充分發揮轉換性能。對于不需要為接地絕緣的系統來說，采用降壓穩壓器是較為理想的電路布局。降壓穩壓器電路布局的優點是成本較低，因為這個解決方案無需采用變壓器。以下是降壓穩壓器的電壓轉換公式：Vout=VIN ×D。

2、新型集成開關DC／DC轉換器設計與應用

2.1設計思想

效率及小尺寸解決方案。若需同時實現最高轉換效率及最小化的解決方案尺寸，那么推薦使用帶集成開關的感應轉換型轉換器是一種理想選擇。低功耗DC／DC轉換器系列以及與負載點步降DC／DC轉換器可實現97％的峰值效率，如T1的TPS6xxxx與TPS54xxx就是一例。其同步校正不僅取代了不便宜的肖特基校正二極管，同時還使轉換器效率的提升高達10％。更高的效率意味著電池驅動應用了額外的操作時間，而大電流應用中更低的功耗也放松了對散熱設計的要求。

因外部僅需電阻、電容及單個電感支持工作，集成的高側及低側轉換FETs便可有效的降低了占板空間。而取決于不同的輸出電流，其集成開關DC／DC轉換器可采用如下封裝模式：CSP(800mA)、SOT-23(400mA)、QFN-10(1.2A)以及TSSOP-28(13A)，從而更減小了解決方案的尺寸。

關于輸出電流-輸出電流典型受限于集成FETs的尺寸，并且對于最小輸入電壓來說是額定的，如TPS6xxxx系列。而如TPS54xxx系列輸出電流指示為連續可用的輸出電流；可實現更高的峰值電流以確保高性能DSP、FPGA及ASIC系統啟動時能有適合的供給。且通過以下方程：

Lout=0.65ⅩIswitch(min) Ⅹ(VinⅩVout)

可實現對輸出電流的粗略估計。對于輸出電流低于300mA及效率低于90％的情況，無電感充電泵DC／DC穩壓器會是一個成本及空間效益型的選擇。

關于輸入電壓-DC／DC轉換器能與寬范圍的輸入源協同運轉，包括供電模塊、插頭式電源(wall supply，或稱墻式電源)以及電池。如TPS6xxxx系列及其小外形封裝，低靜態工作電流都已經為低功耗電池驅動應用作了最優化。對于電池驅動系統來說，輸入電壓隨著電池放電在大范圍內變動。因此，轉換器的選擇就必須取決于所給定的電池工藝水平及數量。如TPS54xxx SWlFT系列可工作于預調節24V、12V、5V或3.3V的總線電壓。

關于輸出電壓-當前的高級DSP、FPGA及ASIC芯片要求更低的電源電壓。為實現最大的靈活性，轉換器可同時支持額定的及可低至0.7V的可調節輸出電壓。

2.2應用舉例——5.5V至36V輸入，3A步降DC／DC轉換器TPS5430

TPS5430 3A DC／DC轉換器對于采用通用12V或24V電源軌的大范圍應用來說是理想的選擇。采用相應的SWIFT軟件工具能大大地降低開發時間。圖2為TPS5430功能與應用示意圖。其主要特點為：集成110mΩ N道溝MOSFET；固定的500kHz轉換頻率；可調節輸出電壓低至1.23V；具有內置補償與內置慢啟動及內置陰極負載二極管(bootstrapdiode)；電壓前饋與內置過電流保護及熱關斷；僅有18μA的關斷靜態電流；-40℃至125℃的工作交匯溫度范圍；封裝模式：小型化熱強化型8引腳S01CPower PAD封裝。





應用領域：在消費應用方面，如機頂盒、DVD、LCD顯示；亦可在工業及車載音頻電源與電池充電器、高功率LED電源及12／24-V分布式電源系統上應用。