一种高效率绿色模式开关电源控制器的研究(3)

测试中应用的Buck变换器拓扑如图8示.设置工作频率为1MHz,输入电压范围2～7V,输出电压115V.改变分压电阻的取值可改变输出电压,表1为一组典型应用下的分压电阻取值参考.电路可承受的负载范围为0～500mA,足以能满足一般便携式设备的应用需求.

图9给出变换器在重载工作条件下的测试结果,负载电流为300mA.可看到此时变换器以时钟频率稳定工作在PWM模式,测得输出电压的纹波为516mV.图10是变换器工作在最大负载500mA下的测试结果,可看到变换器依然以恒定频率稳定地工作在PWM模式下,输出电压纹波为616mV,满足了设计的负载范围要求.

表1　不同输出电压下的分压电阻取值

Table1　Valueofdividedresistorsunderdifferentoutputvolta2

ges

Vout/V

R1/kΩ

R2/kΩ

0.851.21.51.8

51.1127191255

133133133133

电子相关应用

第9期娄佳娜等:　

一种高效率绿色模式开关电源控制器的研究

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图12　负载跳变测试曲线

Fig.12　Testcurvesofloadtransition

表2simulationresults

inPWMmodeoperation/mVRipplevoltageinBurstmodeoperation/mVOutputvoltagedifferencebetweenPWM

modeandBurstmode/mV

Droopvoltage@50mA→300mAstep/mVRecoverytime@50mA→

300mAstep/μs

Overshootvoltage@300mA→50mAstep/mVRecoverytime@300mA→50mAstep/μs

测试结果

516

39.22011236322

仿真结果

3.920.6309714241413414

图11为轻载条件下的测试结果,负载电流为50mA.此时变换器工作在Burst模式,即以时钟频率连续工作若干周期之后又连续关断若干周期.负载越低,关断的时钟周期就越多.此时测得输出电压纹波为3912mV.如前述,纹波电压的大小主要由片内Burst比较器的迟滞窗口所控制.

图12所示是负载跳变时输出响应的测试结果.测试中使负载在50和300mA之间跳变,负载变化速率为800mA/μs.波形显示,Burst工作模式下的输出电压平均值比PWM模式下的高20mV,这是由于在两种模式下采用了不同基准.在重载跳变到轻载的过程中,过冲

μs,较好地实现了对于过冲电压为32mV,恢复时间为2

电压的抑制,且在两个周期内就可以完成模式转换达到稳定状态,响应速度相当快

.

　　以上即为该变换器的稳态和瞬态测试结果.表2是测试结果与仿真结果的比较,测试中不可避免地会有一些测试误差和寄生参数的影响,但总体上还是符合设计指标的,即已达到了预期的设计要求.

图13是变换器效率测试曲线,可以看到,当变换器工作在PWM/Burst多模式调制状态时,由于在轻载条件下间隔地关断功率开关和不必要的耗电模块,使得在整个工作负载范围内变换器的效率基本上保持恒定,反映出Burst控制模式有效减小了轻载时的开关损耗和静态功耗.而单纯的PWM模式工作(Burst模式被禁止时),变换器的效率在重载时还能维持在一定值,但随着负载的减小急剧下降,这反映出轻载时PWM开关损耗成为主要功耗,也证明轻载时采用Burst模式对于降低功耗是必要的.

与通常提高轻载效率的方法相比[2,4],本文提出的Burst工作模式,不仅具有较高的轻载效率,还体现了

图11　Burst工作模式测试曲线图13　变换器效率曲线

Fig.11　TestcurvesofBurst

modeFig.13　Efficiencycurveoftheconverter

电子相关应用

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半　导　体　学　报第29卷

与其他方法相比更优的负载调整率,且简化了外围应用

电路设计的复杂性.

5　结语

提出一种高效率绿色模式降压型集成开关电源控制器的设计,其特点是采用了PWM和Burst交替的多模式控制,有效提高了变换器的效率,并成功实现了不同模式间的平滑过渡以及过冲电压的抑制.片上电流检测技术的应用进一步降低了芯片的功耗,提高了电源精度.此外,功率开关和同步整流开关的集成不仅方便了片上电流检测技术的实现,也简化了应用电路.芯片在μmBCD工艺下设计与实现,并得到了预期的测试115结果.

致谢　作者在工作过程中与美国国家半导体公司DavidPace,KalonChu,GuyCheung的讨论,.参考文献

[1]　WangTG,ZhouXunwei,LeeFC.Alowvoltagehighefficiencyand

highpowerdensityDC/DCconverter.PowerElectronicsSpecialistsConference,1997:240

[2]　WangJ,GongWC,HeLN.Designandimplementationofhigh2ef2

ficiencyandlow2powerDC2DCconverterwithPWM/PFMmodes.7thInternationalConferenceonASIC,2007:596

[3]　MulliganMD,BroachB,LeeTH.Aconstant2frequencymethodfor

improvinglight2loadefficiencyinsynchronousbuckconverters.IEEEPowerElectronLett,2005,3(1):24

[4]　ZhouX,DonatiM,AmorosoL.Improvedlight2loadefficiencyfor

synchronousrectifiervoltageregulatormodule.IEEETransPowerElectron,2000,15(5):826

[5]　MaksimovicD.AMOSgatedrivewithresonanttransitions.Power

ElectronicsSpecialistsConference,1991:527

[6]　LiuSong.Theprincipleandapplicationofthreeoperationmodesof

buckconverteratlightload.PowerElectron,2007,41(11):75

[7]　JovanovicMM,ZhangMT,LeeFEvaluationofsynchronous2

efficiencysinforwardconverters.(4):387

[]GH2MoraGA.Acompre2

andahighlyefficient,mode2hoppingDC2DCThirdIEEEAsia2PacificConferenceonASICs(AP2ASIC),2002:153

[9]　/ds.cgi/LM/LM3671.pdf[10]　LeungCY,MokPKT,LeungKN.AnintegratedCMOScurrent2

sensingcircuitforlow2voltagecurrent2modebuckregulator.IEEETransCircuitsSystII,2005,52(7):394

AHighEfficiencyGreenModeSwitchModePowerSupplyRegulator3

LouJiana,WuXiaobo,ZhaoMenglian,ChenHai,andYanXiaolang

(InstituteofVLSIDesign,ZhejiangUniversity,Hangzhou　310027,China)

Abstract:Anovelgreenmodeswitchmodepowersupply(SMPS)buckregulatorwithanon2chippowerswitchisproposed.Byadop2

tingPWM/Burstmulti2modeoperation,itsconversionefficiencyisenhancedovertheentireloadrange.Itreducesthelight2loadandstandbypowerdissipationofmodernportableproductspoweredbybatteries,whichresultsinprolongingtheirstandbytimeandbatterylifetime.Moreover,aseamlesstransitionissuccessfullyrealizedbyovervoltagesuppression.Inaddition,anon2chipcurrentsensingtechniquewithhighprecisionandefficiencyhasbeenintroducedintothecontrolstrategytoimproveitsefficiencyfurther.Theregula2

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