如何在高效脈衝跳頻模式下選擇輸出濾波電容器
發布時間:2020-08-13 來源:Sungho Beck 責任編輯:wenwei
【導讀】脈衝跳頻模式 (PSM) 是一種廣泛用於提高輕負載效率的方法。我們將以具有 PSM 模式的 TPS65290 器件為例介紹如何選擇輸出濾波電容器。圖 1 和圖 2 分別顯示了 TPS65290 在 PSM 模式下的簡化方框圖和輸出波形。
如圖 1 所示,在 PSM 模式下,隻有 SKIP_COMPARATOR 參與了反饋環路。如果輸出電壓下降到最低值(圖 2 中的 Vout_pwm),降壓轉換器就會開啟並將輸出電容器充電至最高值(圖 2 中的 Vout_pwm+Vhys)。一旦輸出電壓達到最高值,轉換器便開始進入睡眠狀態,直到輕負載放電使輸出電壓再次降至最低值為止。
由於放電期間轉換器處於睡眠狀態,輕負載效率在 PSM 模式下相對於在普通脈寬調製 (PWM) 模式下運行可能會有所提高。如果放電過程變長(也就是說負載更輕),那麼 PSM 相對於 PWM 的效率優勢就會變得更加明顯。

圖 1. TPS65290 在 PSM 模式下的簡化方框圖

圖 2.DC-DC 轉換器在 PSM 模式下的簡化輸出波形
然而,PSM 模式也會偏離理想波形,而且輸出電容器選擇不當還會降低效率。
我wo有you一yi個ge客ke戶hu就jiu遇yu到dao過guo係xi統tong板ban效xiao率lv低di於yu預yu期qi效xiao果guo的de這zhe種zhong問wen題ti。客ke戶hu希xi望wang實shi現xian出chu色se的de穩wen定ding性xing,因yin此ci要yao限xian製zhi陶tao瓷ci電dian容rong器qi的de最zui大da電dian容rong。為wei達da到dao想xiang要yao的de穩wen定ding性xing,客ke戶hu使shi用yong鉭tan電dian容rong器qi來lai補bu償chang剩sheng餘yu的de電dian容rong。這zhe樣yang,他ta們men在zai係xi統tong板ban上shang添tian加jia了le一yi個ge具ju有you高gao等deng效xiao串chuan聯lian電dian阻zu (ESR) 的大電容鉭電容器,並將其與低 ESR 小電容陶瓷電容器並聯(如圖 3 所示)。

圖 3. PSM 模式下輸出電容器選擇不當
如果鉭電容遠遠大於陶瓷電容,PSM 的輸出波形將會變成圖 4 所示的情況。

圖 4. 采用圖 3 中輸出電容選擇方案所獲得的輸出波形
紅線和藍線分別代表輸出電壓和鉭電容器的純電容電壓。鉭電容器的 ESR hedianrongdoubijiaoda,zhejiuyiweizheqixiangyingsuduyaobitaocidianrongqiman。yincizaichongdianjieduan,tongguokuaisugeitaocidianrongqichongdianshishuchudianyadadaozuidazhi,danzhegejieduantandianrongqidechundianrongdianyashangweidadaozuidazhi。
如果 DC-DC 轉zhuan換huan器qi開kai始shi進jin入ru睡shui眠mian狀zhuang態tai,則ze存cun儲chu在zai陶tao瓷ci電dian容rong器qi中zhong的de電dian荷he就jiu會hui轉zhuan移yi到dao鉭tan電dian容rong器qi及ji負fu載zai上shang。因yin此ci,從cong陶tao瓷ci電dian容rong器qi向xiang鉭tan電dian容rong器qi的de這zhe種zhong電dian荷he轉zhuan移yi會hui使shi輸shu出chu電dian壓ya快kuai速su下xia降jiang,同tong時shi也ye會hui導dao致zhi放fang電dian時shi間jian變bian短duan。隨sui著zhe放fang電dian時shi間jian縮suo短duan,PSM 模式的效率優勢也會隨之降低。
為了在 PSM 模式下實現預期的高效率,高 ESR 電容器的電容應明顯小於低 ESR 陶瓷電容器的電容。
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