Dwa rodzaje zasilaczy impulsowych
Zasilacz impulsowy wysokiej częstotliwości (HF-SMPS)
HF-SMPS to wysokowydajny, wysoce niezawodny tryb zasilania powszechnie stosowany w urządzeniach elektronicznych, takich jak komunikacja dla zasilania LDO układów zarządzania energią (PMIC), obwody logiczne 1,8 V, obwody RF i obciążenia zewnętrzne. HF-SMPS nie obsługuje zdalnego sprzężenia zwrotnego, dlatego kondensatory wyjściowe muszą być umieszczone blisko styków chipa. Ponieważ HF-SMPS szacuje prąd na podstawie różnicy napięć na cewce, umieszczenie kondensatora zdalnie zwiększy DCR pętli sprzężenia zwrotnego, powodując w ten sposób błędy.
Zasilacz z szybkim przełączaniem stanów przejściowych (FT-SMPS)
FT-SMPS to tryb zasilania o wysokiej precyzji i szybkiej odpowiedzi przejściowej, który obsługuje procesory aplikacji, GPU, rdzenie, modemy itp. FT-SMPS obsługuje wielofazowe zasilacze impulsowe i obsługuje zdalne różnicowe sprzężenie zwrotne w celu wykrywania dynamicznego zakończenia obciążenia, dzięki czemu jego kondensatory wyjściowe są umieszczone blisko strony obciążenia. Tryby sprzężenia zwrotnego HF-SMPS i FT-SMPS pokazano na rysunku 1.
Tryb pracy
Tryb PWM (modulacja szerokości impulsu)
Gdy obwód działa przy średnim lub dużym obciążeniu, zasilacz będzie w trybie PWM, gdy prąd cewki indukcyjnej jest ciągły. Częstotliwość przełączania jest zoptymalizowana pod kątem odpowiedzi przejściowej, tętnień, wydajności, urządzeń zewnętrznych i innych czynników w celu uzyskania najlepszej wydajności zasilania. W zależności od tego, czy prąd cewki indukcyjnej jest ciągły, tryb PWM można podzielić na tryb przewodzenia stałego (CCM) i tryb przewodzenia nieciągłego (DCM), których przebiegi napięcia i prądu pokazano na rysunku 2, rysunek 3. Szczegółowo wyjaśniono oscylacje trybu DCM w poprzednim artykule “Zasada oscylacji zasilacza BUCK”. Tutaj nie zostanie wprowadzony.
Tryb PWM z pomijaniem impulsu (PWM z pomijaniem impulsu)
Gdy układ pracuje pod małym obciążeniem, sprawność w trybie PWM jest bardzo niska (dominuje przewodzenie MOS, straty przełączania), więc sprawność poprawia się poprzez pomijanie niepotrzebnych impulsów (zmniejszenie liczby przełączeń). Ponieważ impuls pomijania jest nadal częścią trybu PWM, nadal utrzymuje płytkie tętnienie napięcia wyjściowego. Przebieg trybu PWM z pomijaniem impulsów pokazano na rysunku 4, gdzie częstotliwość każdego impulsu jest stała, ale współczynnik wypełnienia stopniowo maleje.
Tryb PFM (modulacja częstotliwości impulsów)
Tryb PWM to tryb impulsowy o stałej częstotliwości; HF-SMPS i FT-SMPS obsługują również tryb PFM, zmienną częstotliwości impulsów. Ze względu na możliwość zmniejszenia zarówno strat przełączania, jak i strat prądu na ziemi, tryb PFM jest bardziej wydajny przy lekkich obciążeniach. Jak pokazano na rysunku 5, obserwujemy, że tryb PFM jest podobny do opisanego powyżej trybu impulsu skokowego PWM, z wyjątkiem tego, że częstotliwość impulsów jest zmienna w trybie PFM. Tętnienie napięcia wyjściowego PFM jest największe w porównaniu z trybami wspomnianymi powyżej.
Tryb automatyczny
Tryb automatyczny to mechanizm, który automatycznie przełącza tryb pracy obwodu między PWM i PFM w zależności od zmieniającego się obciążenia bez udziału oprogramowania. PMICs stosowane w dzisiejszych smartfonach generalnie mają tę funkcję. Jak pokazano na rysunku 6, gdy prąd wyjściowy zmienia się między 40mA a 400mA, zmieniają się również PFM i PWM. Ponadto, aby zapobiec spadkowi napięcia wyjściowego w trybie PFM, sterownik automatycznie podnosi napięcie wyjściowe PFM; ta waga jest dostępna tylko w zasilaczach HF-SMPS.
Tryb HC-PFM (wysokoprądowy PFM )
Tryb HC-PFM to krótki tryb PFM, który występuje podczas konwersji PFM na PWM. Gdy obwód działa w trybie PFM, obciążenie nagle się zwiększa, powodując spadek napięcia wyjściowego. Ponieważ nie można szybko przełączyć się w tryb PWM, potrzeba trochę czasu na rozgrzanie obwodu PWM. Aby zapobiec temu procesowi nagrzewania, napięcie wyjściowe będzie zbyt niskie, kontrolując prąd PFM między normalnym PFM i PWM; ten proces kilku nas nazywa się HC-PFM, jak pokazano na rysunku 7.
Napięcie wyjściowe i pomiar tętnień
W debugowaniu tablicy P0 rozwoju telefonu komórkowego test integralności zasilania jest najwyższym priorytetem, który obejmuje głównie czas włączania każdego zasilacza, napięcie zasilania w różnych stanach telefonu, zasilacz o dużym obciążeniu tętnienie i prąd cewki indukcyjnej.
W procesie pomiaru musimy zwrócić uwagę na następujące punkty:
- Pomiar napięcia musi być wybrany na pojemność obciążenia; ziemia powinna być wybrana blisko ziemi.
- Oscyloskop musi być dostrojony do limitu pasma 20 MHz.
- Spróbuj użyć krótkiej sondy gruntowej; generalny dostawca zalecił użycie kabla koncentrycznego RF do pomiaru, ale ze względu na koszty i złożoność. Generalnie mierzymy jego czułe zasilanie tylko wtedy, gdy jest używany, oprócz zastosowania sprężyn uziemiających jest to również dobry wybór.
