Plusieurs modes de fonctionnement des alimentations à découpage

Deux types d’alimentations à découpage

Alimentation à découpage haute fréquence (HF-SMPS)

HF-SMPS est un mode d’alimentation à haut rendement et très robuste couramment utilisé dans les appareils électroniques tels que la communication pour l’alimentation LDO des puces de gestion de l’alimentation (PMIC), les circuits logiques 1,8 V, les circuits RF et les charges externes. HF-SMPS ne prend pas en charge la rétroaction à distance, les condensateurs de sortie doivent donc être placés à proximité des broches de la puce. Étant donné que le HF-SMPS estime le courant par la différence de tension aux bornes de l’inducteur, placer le condensateur à distance augmentera le DCR de la boucle de rétroaction, provoquant ainsi des erreurs.

Alimentation à découpage transitoire rapide (FT-SMPS)

FT-SMPS est un mode d’alimentation de haute précision à réponse transitoire rapide qui prend en charge l’alimentation des processeurs d’application, des GPU, des CORE, des modems, etc. Le FT-SMPS prend en charge les alimentations à découpage multiphasé et prend en charge la rétroaction différentielle à distance pour détecter la terminaison de charge dynamique, de sorte que ses condensateurs de sortie sont placés près du côté charge. Les modes de rétroaction de HF-SMPS et FT-SMPS sont illustrés à la figure 1.

Mode de fonctionnement

Mode PWM (modulation de largeur d’impulsion)

Lorsque le circuit fonctionne à charge moyenne ou à charge élevée, l’alimentation sera en mode PWM lorsque le courant de l’inducteur est continu. La fréquence de commutation est optimisée pour la réponse transitoire, l’ondulation, l’efficacité, les périphériques externes et d’autres facteurs afin d’obtenir les meilleures performances d’alimentation. Selon que le courant de l’inducteur est continu, le mode PWM peut être divisé en mode de conduction constante (CCM) et en mode de conduction discontinue (DCM), les formes d’onde de tension et de courant illustrées à la figure 2, figure 3. En détail, l’oscillation du mode DCM dans l’article précédent “Principe d’oscillation de l’alimentation BUCK” a été expliquée. Ici, il ne sera pas présenté.

Mode PWM à saut d’impulsion (PWM à saut d’impulsion)

Lorsque le circuit fonctionne sous charge légère, l’efficacité en mode PWM est très faible (conduction MOS, les pertes de commutation dominent), donc l’efficacité est améliorée en sautant certaines impulsions inutiles (réduire le nombre de commutations). Étant donné que l’impulsion de saut fait toujours partie du mode PWM, elle maintient toujours l’ondulation de la tension de sortie peu profonde. La forme d’onde du mode PWM à saut d’impulsion est illustrée à la figure 4, où la fréquence de chaque impulsion est constante, mais le rapport cyclique diminue progressivement.

Mode PFM (modulation de fréquence d’impulsion)

Le mode PWM est un mode d’impulsion à fréquence constante; HF-SMPS et FT-SMPS prennent également en charge le mode PFM, la variable de fréquence d’impulsion. En raison de sa capacité à réduire à la fois les pertes de commutation et les pertes de courant au sol, le mode PFM est plus efficace pour les charges légères. Comme le montre la figure 5, on observe que le mode PFM est similaire au mode PWM d’impulsion de saut décrit ci-dessus, sauf que la fréquence d’impulsion est variable dans le mode PFM. L’ondulation de la tension de sortie de PFM est la plus importante par rapport aux modes mentionnés ci-dessus.

Mode automatique

Le mode automatique est un mécanisme qui bascule automatiquement le mode de fonctionnement du circuit entre PWM et PFM en fonction de l’évolution de la charge sans intervention du logiciel. Les PMIC utilisés dans les smartphones d’aujourd’hui ont généralement cette fonction. Comme le montre la figure 6, lorsque le courant de sortie varie entre 40 mA et 400 mA, PFM et PWM changent également. De plus, pour éviter que la tension de sortie ne chute en mode PFM, le contrôleur augmente automatiquement la tension de sortie de PFM; cette balance n’est disponible que dans les alimentations HF-SMPS.

Mode HC-PFM (PFM à courant élevé )

Le mode HC-PFM est un bref mode PFM qui se produit pendant la conversion PFM en PWM. Lorsque le circuit fonctionne en mode PFM, la charge est soudainement aggravée, provoquant une chute de la tension de sortie. Puisqu’il est impossible de passer rapidement en mode PWM, un certain temps est nécessaire pour réchauffer le circuit PWM. Pour empêcher ce processus de préchauffage, la tension de sortie sera trop faible, contrôlant le courant PFM entre le PFM normal et le PWM; ce processus de quelques-uns d’entre nous est appelé HC-PFM, comme le montre la figure 7.

Mesure de la tension de sortie et de l’ondulation

Dans le débogage du panneau arrière P0 du développement du téléphone portable, le test de l’intégrité de l’alimentation est la priorité absolue, qui comprend principalement le moment de mise sous tension de chaque alimentation, la tension d’alimentation dans divers états du téléphone, l’alimentation à charge élevée l’ondulation et le courant de l’inducteur.

Dans le processus de mesure, nous devons prêter attention aux points suivants:

1. La mesure de tension doit être sélectionnée sur la capacité de charge ; le sol doit être choisi près du sol.
2. L’oscilloscope doit être réglé sur la limite de bande passante de 20 MHz.
3. Essayez d’utiliser une sonde au sol courte ; le fournisseur général a recommandé d’utiliser une ligne de câble coaxial RF pour mesurer, mais en raison du coût et de la complexité. Nous mesurons généralement et son alimentation sensible uniquement lorsqu’il est utilisé, en plus de l’utilisation de ressorts au sol est également un bon choix.