Vários modos de funcionamento de comutação de fontes de alimentação

Dois tipos de fontes de alimentação de comutação

Fonte de alimentação de comutação de alta frequência (HF-SMPS)

HF-SMPS é um modo de alimentação altamente robusto de alta eficiência, altamente robusto, normalmente utilizado em dispositivos eletrônicos, tais como comunicação para a alimentação de chips de alimentação LDO (PMICs), circuitos lógicos de 1,8v, circuitos RF e cargas externas. O HF-SMPS não suporta feedback remoto, pelo que os condensadores de saída devem ser colocados perto dos pinos do chip. Uma vez que o HF-SMPS estima a corrente pela diferença de tensão em todo o indutor, a colocação do condensador remotamente aumentará o DCR do ciclo de feedback, causando assim erros.

Fonte de alimentação transitória rápida (FT-SMPS)

FT-SMPS é um modo de alimentação de resposta rápida e rápida de alta precisão que suporta processadores de aplicações de alimentação, GPUs, COREs, modems, etc. O FT-SMPS suporta fontes de alimentação de comutação múltiplas e suporta feedback diferencial remoto para detetar a terminação dinâmica da carga, pelo que os seus condensadores de saída são colocados perto do lado da carga. Os modos de feedback de HF-SMPS e FT-SMPS são apresentados na Figura 1.

Modo de funcionamento

Modo PWM (modulação da largura da pulsação)

Quando o circuito estiver a funcionar a uma carga média ou pesada, a alimentação estará no modo PWM quando a corrente do indutor for contínua. A frequência de comutação é otimizada para resposta transitória, ondulação, eficiência, dispositivos externos e outros fatores para obter o melhor desempenho de alimentação. De acordo com se a corrente do indutor é contínua, o modo PWM pode ser dividido em modo de condução constante (CCM) e modo de condução descontínuo (DCM), as formas de tensão e de onda de corrente mostradas na Figura 2, Figura 3. Em pormenor, foi explicada a oscilação do modo DCM no artigo anterior “Princípio da Oscilação da Alimentação de Energia BUCK”. Aqui não será introduzido.

Modo PWM de salto de pulso (PWM de salto de pulso)

Quando o circuito está a funcionar sob carga leve, a eficiência no modo PWM é muito baixa (condução MOS, as perdas de comutação dominam), pelo que a eficiência é melhorada saltando alguns impulsos desnecessários (reduza o número de comutação). Como o pulso de salto ainda faz parte do modo PWM, mantém a onda de tensão de saída pouco profunda. A forma de onda do modo PWM que salta o pulso é mostrada na Figura 4, onde a frequência de cada pulso é constante, mas o ciclo de serviço diminui gradualmente.

Modo PFM (modulação da frequência de pulso)

O modo PWM é um modo de pulso de frequência constante; HF-SMPS e FT-SMPS também suportam o modo PFM, a variável de frequência de pulso. Devido à capacidade de reduzir tanto as perdas de comutação como as perdas atuais no terreno, o modo PFM é mais eficiente nas cargas leves. Como mostrado na Figura 5, observamos que o modo PFM é semelhante ao modo PWM de pulso de salto descrito acima, exceto que a frequência de pulso é variável no modo PFM. A ondulação de tensão de saída do PFM é a maior em comparação com os modos acima mencionados.

Modo automático

O modo automático é um mecanismo que muda automaticamente o modo de funcionamento do circuito entre PWM e PFM de acordo com a carga em mudança sem envolvimento do software. Os PMICs usados nos smartphones de hoje geralmente têm esta função. Como mostrado na Figura 6, quando a corrente de saída muda entre 40mA e 400mA, PFM e PWM também mudam. Além disso, para evitar que a tensão de saída caia no modo PFM, o controlador aumenta automaticamente a tensão de saída do PFM; este saldo só está disponível em fontes de alimentação HF-SMPS.

Modo HC-PFM (PFM de alta corrente)

O modo HC-PFM é um breve modo PFM que ocorre durante a conversão de PFM a PWM. Quando o circuito está a funcionar no modo PFM, a carga é subitamente agravada, fazendo com que a tensão de saída baixe. Uma vez que é impossível mudar rapidamente para o modo PWM, é necessário algum tempo para aquecer o circuito PWM. Para evitar este processo de aquecimento, a tensão de saída será demasiado baixa, controlando a corrente PFM entre o PFM normal e o PWM; este processo de alguns nós chama-se HC-PFM, como mostra a Figura 7.

Medida da tensão de saída e da ondulação

Na depuragem de backboard P0 do desenvolvimento do telemóvel, o teste da integridade da alimentação é a prioridade máxima, que inclui principalmente o tempo de ligação de cada fonte de alimentação, a tensão de alimentação em vários estados do telefone, a onda de alimentação de carga pesada e a corrente do indutor.

No processo de medição, temos de estar atentos aos seguintes pontos:

  1. A medição da tensão deve ser selecionada sobre a capacidade de carga; o chão deve ser selecionado perto do chão.
  2. O osciloscópio deve ser sintonizado ao limite de largura de banda de 20MHz.
  3. Tente usar uma sonda de solo curto; o fornecedor geral recomendou a utilização da linha de cabo coaxial RF para medir, mas devido ao custo e complexidade. Geralmente, medimos e a sua alimentação sensível só quando utilizada, para além da utilização de molas terrestres é também uma boa escolha.

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Ena Leung

Ena Leung

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