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2016年5月27日DC / DC

同步整流式轻负载时之效率改善功能

开关稳压器的基础

前项业已说明,同步式在轻负载时效率会因逆电流而降低。相信大家都希望难得效率高的同步式在轻负载时也能有高效率。尤其是最近,待机时功率的削减已成为一大主题。最轻负载时亦即供电中电路处于关机(停机)状态之时。若电源也能关机的话再好不过,只是必须持续给予微小功率,而此时效率低也是一大问题。

不连续模式的追加
同步整流式轻负载时效率改善的方法之一为轻负载时追加以不连续模式工作之功能。想法非常简单,也就是检测出电感电流下降至零附近后将下侧电晶体设为OFF使其不发生逆流(图43)。

图43

图43

只是,此方法并非说完美无缺。此时,电感电晶体方的交点由于会呈现与开放相同状态,故输出电容之放电须仰赖负载电流,轻负载时电压下降之时间将变长结果有时。将导致开关速度下降,涟波电压増加。

此外,上侧电晶体不会ON到输出电压下降,故开关周期会改变。考量到杂讯的过滤时,杂讯频率变动是问题所在,与效率之间也须进行权衡。

从PWM模式开关为PFM模式
这里还有另一个方法。过去曾经以PWM为前提进展话题,而此方法则是将PWM和PFM分开使用。负载重时PWM工作,负载轻时将控制开关为效率佳的PFM.PWM是最普遍的电压控制方法,由于频率一定,即使重负载时和轻负载时的ON / OFF之时间比不同,其开关次数也会相同。因此自我消耗功率不会改变,故轻负载时开关损失受到支配而效率降低。此为PWM模式于低负载时通常效率会急剧降低的理由。

图44

图44

PFM因ON时间一定使OFF时间变动,或OFF时间一定使ON时间变化(图44为ON时间一定例)。换言之,接下来一直到ON之前的时间会改变。轻负载时功率追加供给会变少,故ON周期会变长而每单位时间之开关次数会灭少,开关损失减少可维持效率(参照图46)。

图46

图46

图45

图45

如此看来单纯设定为PFM方式似乎比较好,不过变为ON之周期,也就是频率一变动则起因于开关之杂讯将为不定期而无法特别指定频率,故杂讯的过滤将变得非常麻烦。也就是难以去除杂讯。此外,频率一进入可听带为20kHz时有可能会发生声响等对音响机器之S / N造成影响。有关于杂讯,PWM可以说有其容易处理的一面。因此,在这里也有必要进行权衡。

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