Два типа импульсных блоков питания
Высокочастотный импульсный источник питания (HF-SMPS)
HF-SMPS – это высокоэффективный, высоконадежный режим питания, обычно используемый в электронных устройствах, таких как связь для питания LDO микросхем управления питанием (PMIC), логических схем 1,8 В, ВЧ-схем и внешних нагрузок. HF-SMPS не поддерживает удаленную обратную связь, поэтому выходные конденсаторы необходимо размещать рядом с выводами микросхемы. Так как HF-SMPS оценивает ток по разности напряжений на катушке индуктивности, удаленное размещение конденсатора увеличит DCR контура обратной связи, что приведет к ошибкам.
Импульсный источник питания с быстрым переходным процессом (FT-SMPS)
FT-SMPS – это высокоточный режим источника питания с быстрым переходным откликом, который поддерживает питание процессоров приложений, графических процессоров, CORE, модемов и т. Д. FT-SMPS поддерживает многофазные импульсные источники питания и поддерживает удаленную дифференциальную обратную связь для обнаружения динамического прекращения нагрузки, поэтому его выходные конденсаторы размещаются близко к стороне нагрузки. Режимы обратной связи HF-SMPS и FT-SMPS показаны на рисунке 1.
Режим работы
Режим ШИМ (широтно-импульсная модуляция)
Когда схема работает при средней или большой нагрузке, источник питания будет в режиме ШИМ, когда ток индуктора будет непрерывным. Частота переключения оптимизирована с учетом переходных характеристик, пульсаций, эффективности, внешних устройств и других факторов для получения наилучших характеристик источника питания. В зависимости от того, является ли ток индуктора непрерывным, режим ШИМ можно разделить на режим постоянной проводимости (CCM) и режим прерывистой проводимости (DCM), формы сигналов напряжения и тока показаны на рис. 2, рис. 3. Подробно колебания режима DCM были объяснены в предыдущей статье “Принцип колебания источника питания BUCK”. Здесь это не вводится.
Режим ШИМ с пропуском импульсов (Pulse-skip PWM)
Когда схема работает при небольшой нагрузке, эффективность в режиме ШИМ очень низкая (преобладают проводимость МОП, коммутационные потери), поэтому эффективность повышается за счет пропуска некоторых ненужных импульсов (уменьшение количества переключений). Поскольку импульс пропуска по-прежнему является частью режима ШИМ, он по-прежнему сохраняет пульсации выходного напряжения небольшими. Форма сигнала режима ШИМ с пропуском импульсов показана на рисунке 4, где частота каждого импульса постоянна, но рабочий цикл постепенно уменьшается.
Режим PFM (частотно-импульсная модуляция)
Режим PWM – это импульсный режим с постоянной частотой; HF-SMPS и FT-SMPS также поддерживают режим PFM, переменную частоту импульсов. Благодаря способности уменьшать как коммутационные потери, так и потери тока на землю, режим ЧИМ более эффективен при малых нагрузках. Как показано на рисунке 5, мы видим, что режим ЧИМ аналогичен режиму ШИМ скачкообразного импульса, описанному выше, за исключением того, что частота импульсов в режиме ЧИМ изменяется. Пульсации выходного напряжения ЧИМ являются самыми большими по сравнению с упомянутыми выше режимами.
Автоматический режим
Автоматический режим – это механизм, который автоматически переключает режим работы схемы между ШИМ и ЧИМ в соответствии с изменяющейся нагрузкой без участия программного обеспечения. PMIC, используемые в современных смартфонах, обычно имеют эту функцию. Как показано на рисунке 6, при изменении выходного тока от 40 мА до 400 мА значения PFM и PWM также изменяются. Кроме того, чтобы предотвратить падение выходного напряжения в режиме ЧИМ, контроллер автоматически увеличивает выходное напряжение ЧИМ; этот баланс доступен только в источниках питания HF-SMPS.
Режим HC-PFM (сильноточный PFM )
Режим HC-PFM – это кратковременный режим PFM, который возникает во время преобразования PFM в PWM. Когда схема работает в режиме ЧИМ, нагрузка внезапно увеличивается, что приводит к падению выходного напряжения. Поскольку быстро переключиться в режим ШИМ невозможно, необходимо некоторое время для прогрева цепи ШИМ. Чтобы предотвратить этот процесс разогрева, выходное напряжение будет слишком низким, управляя током ЧИМ между нормальным ЧИМ и ШИМ; Этот процесс, в котором участвуют немногие, называется HC-PFM, как показано на Рисунке 7.
Выходное напряжение и измерение пульсаций
При отладке разработки сотового телефона на задней панели P0 проверка целостности источника питания является главным приоритетом, который в основном включает время включения каждого источника питания, напряжение источника питания в различных состояниях телефона, источник питания с большой нагрузкой. пульсация и ток индуктора.
В процессе измерения нужно обращать внимание на следующие моменты:
- Измерение напряжения необходимо выбирать по емкости нагрузки; грунт следует выбирать рядом с землей.
- Осциллограф должен быть настроен на ограничение полосы пропускания 20 МГц.
- Попробуйте использовать короткий заземляющий щуп; генеральный поставщик рекомендовал использовать для измерения коаксиальную кабельную линию RF, но из-за стоимости и сложности. Мы обычно измеряем и его чувствительный источник питания только при использовании, в дополнение к использованию заземляющих пружин также является хорошим выбором.
