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基于LM2623比率自适应门控振荡器控制的 SEPIC 电路设计

作者:时间:2012-06-19来源:网络收藏

这些表达式可用于选择L1 、L2 、C1 和C2 的值,以便获取开关纹波量值的所需值。

门控稳压器

美国国家半导体公司的 是一款开关稳压器,它包括低端 NMOS 开关,并且设计用于直流/直流转换器,例如,升压转换器和

正如图 5 中所描述的那样,稳压器的模式由启用的滞后比较器组成,它能够驱动开关。


图 5: 方框图。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/160413.htm

可以参考图 6 理解器件的基本操作。


图 6: 理想的稳压器波形。


工作周期取决于由R5 和C3 组成的外部无源网络。 如果R5 和C3 保持断开,则默认工作周期大约为 17%。 通过工作周期设置值为超过应用所需的最大值来实现。 系统开关持续,直到输出电压到达上限,当输出到达下限之后系统开关重新开始。 此类操作模式采取所谓的脉冲频率调制技术。 每个开关周期当电流流经电感器时,电感器每个开关周期存储更多的能量。 当到达电压上限时,输出电压通常超过所需电压,因为电感器中存储的能量正在传递给输出。 当系统再次开始开关时,输出电压也将下冲,因为电感器中的能量需要还原。 大输出电容器和小电感器在这些情况下将减少纹波。 结果系统中产生的开关频率不是频率,而是由负载和输入/输出电压确定的较低频率。 这种操作模式在负载大幅变化的应用中非常有用。

输出电压通过电阻器RF1 和PF2 然后从而设置输出电压。 电容器CF1 将纹波从输出直接注入比较器。 这样一旦到达电压极限,便触发比较器,从而最小化输出超载和欠载。

如果负载在各种范围内不变化,则可以使用 功能实现所谓的周期到周期 PFM 操作模式。 此技术用于将转换器的工作周期与输入到输出电压所需的工作周期相匹配。 动态调整工作周期,以便考虑输出到输入比率变化。 这样,电感器中存储的大多数能量在每个开关周期内传递到负载。 通过在每个开关周期内调整接通和断开的时间来实现调制,以便满足负载的电流要求。 电感器中的电流绝不会进入零,就如,各种负载变化在滞后操作模式电路中,或工作周期时,输入到输出电压比率不匹配。 结果,与滞后操作模式相比,输出纹波要低得多。 图 7 中显示了经过简化的比率自模式方框图。为简化起见,我们假定要在转换器块中包括开关。


图 7: 比率自适应模式方框图。


可以通过分析图 8 中所示的振荡器的体系结构来理解工作周期调制机制。


图 8: LM2623 振荡器电路。


让我们假定器件已启用,并且节点 A 开始时非常高,这表示开关处于开启状态。 在这种状态下,节点 D 和 E 分别位于高和低状态,Coff 通过 N2 放电,P1 和 P2 断开,N1 处于接通状态,并且将节点 D 连接至节点 B。 VB=VD呈线性下降,在Iosc 给定的时间常量和Con 的大小下,在 NOT 门开关之前,节点 A、D 和 E 分别变为低、低和高。 在此新状态下,开关断开, 通过 P1 放电,N1 和 N2 断开,而 P2 接通,并且将节点 D 连接至节点 C。Vc=VD 呈线性增加,在Iosc 确定的时间常量以及Coff的大小下,在 NOT 门开关之前,节点 A 再一次变高。

开关频率由Iosc确定,它是从恒定电流源镜像的电流,它的电流由Vg和R3 以及两个电容器的大小设定;如果R5和C3 保持断开,则通过两个电容器Con和Coff 间的比率将工作周期设为 17%。

工作周期调制的理想状态是通过调制流入频率插针的直流电流,在接通时间内减慢振荡器,在断开时间内加速振荡器。 在开关和频率插针之前连接的 和 系列的行为类似直流电来源: 当开关接通时,它从频率插针中排泄电荷,而当开关断开时,它将其它电荷注入同一个插针。 两个方向的电荷传递的时间常量如下:


随着转换器的输入电压下降,交流电荷传递变为振荡器电流的更大百分比;结果是工作周期增加。 通过为 τ 选择相应的值,电荷传递量增加,因为振荡器因输入下降而减慢。

下面简要描述为频率和工作周期调制选择外部组件的经验性方法。

VgR3为振荡器提供直流驱动电流: 当电阻阻值较低时,频率增加,当输入电压值较低时,频率下降。 在最低值R5时的Vg设置为零,C3增加,直到获得调制。 C3确定最大电荷传递量;较小的R3值需要较大的 值(大于交流电荷传递),以便实现相同的工作周期调制百分比。然后R5增加,直到工作周期匹配输入至输出比率。 此时,Vg增加到它的最大值。 如果工作周期不足够下降,则R5将增加,直到工作周期匹配输入到输出比率。 输入再次下降到它的最小值,并且如果工作周期不足够的高,则C3下降。 此过程将重复,直到时间常量 τ 允许工作周期在整个输入电压范围内相应的变化。

LM2623 的 设计示例

在本节中,我们介绍周期到周期 PFM 调制模式的 设计示例,具有以下规范:


标称最大和最小工作周期如下:


外部无源网络的分量等于:


这些分量设置介于 1.6MHz 和 1.8MHz 之间的开关频率,并且允许工作周期在最小和最大所需值之间变化。

SEPIC 中的电感器大小通常选定为限制流入它们的峰值到峰值纹波电流,并且维护持续的传导模式。 最好选用后者,因为它导致较低的电磁干扰。 最大电流纹波通常设置介于流经每个电感器的平均电流的 30% 和 50% 之间。 作为起点,我们选择 40% 的值来估计电感的值:


其中η是正确的因素,因寄生效应将考虑功率损耗。
我们选择L1=L2=15UH,它可以处理下列最大峰值电流:


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