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怎樣才能為低負(fù)載系統(tǒng)提供高效率的穩(wěn)壓功能?


時(shí)間:2018-09-29 編輯:夏禪
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就像是負(fù)載電流較低,偏壓電流便會(huì)降至最低,以確保能保持以上所說的最高效率,如此一來便會(huì)減緩穩(wěn)壓速度。假設(shè)此時(shí)的負(fù)載過高,穩(wěn)壓器便會(huì)提高偏壓電流,才能確保負(fù)載瞬時(shí)反應(yīng)達(dá)到最佳化的目標(biāo)。不過,這樣的設(shè)計(jì)方式會(huì)使得系統(tǒng)的整體越來越復(fù)雜,因?yàn)榈挽o態(tài)電流供電系統(tǒng)為不同負(fù)載狀況,提供的總電流便會(huì)因此而上升,這是一個(gè)無可避免的發(fā)展趨勢(shì)。


另外,雖然目前市場(chǎng)上已有部分具有低靜態(tài)電流、高輸入電壓的低壓降穩(wěn)壓器解決方桉,不過大部分的解決方桉的最高輸出電流都不超過 100mA。即使這些解決方桉可以提供較高的輸出電流,但也會(huì)增加系統(tǒng)功耗,使問題變得更為復(fù)雜。



可否改用開關(guān)穩(wěn)壓器作為解決方案



從上面的問題來看,考慮到使用開關(guān)式的電源供應(yīng)解決方桉,對(duì)于高輸出電流的效率問題就能獲得解決。不過,這有辦法對(duì)應(yīng)到舊問題,但新的問題又會(huì)出現(xiàn)。例如:低負(fù)載的設(shè)計(jì)方式會(huì)產(chǎn)生其它問題,因?yàn)樵谄囯娮酉到y(tǒng)中的電源供應(yīng)解決方桉中,大部分是采用固定式開關(guān)頻率的設(shè)計(jì)方式,才能將電子設(shè)備的脈沖寬度調(diào)變(PWM)控制設(shè)計(jì)維持最佳化的狀態(tài)。而采用PWM設(shè)計(jì)方式的主要優(yōu)點(diǎn),較能符合電磁兼容性(EMC)的規(guī)范要求,并在需要時(shí)可以按照設(shè)定的開關(guān)頻率,優(yōu)化所有濾波功能??上?,PWM模式也有所限制,例如:在低負(fù)載的情況下,效率便不大理想。


另外,由于開關(guān)過程會(huì)產(chǎn)生損耗電流,加上開關(guān)穩(wěn)壓器本身也需消耗電流,因此當(dāng)實(shí)際負(fù)載下降到最高負(fù)載的10%以下的時(shí)候,供電系統(tǒng)的整體效率便會(huì)大幅下降,若實(shí)際負(fù)載下降到最高負(fù)載的1%,效率甚至?xí)陆抵?/span>50%以下。因此,這方面的表現(xiàn)必須經(jīng)過大幅的改善之后,開關(guān)穩(wěn)壓器才能夠適何用在備用供電系統(tǒng)上。



脈沖頻率調(diào)變(PFM)模式



另一項(xiàng),看似可行的解決方桉則是利用脈沖頻率調(diào)變的控制方法。其主要特點(diǎn)在于,開關(guān)頻率會(huì)因?yàn)樨?fù)載電流而有所改變。換句話說,就是當(dāng)負(fù)載電流越低,開關(guān)頻率也就越低,如此一來便可將低負(fù)載電流所產(chǎn)生的開關(guān)損耗降到最低。


基本上,使用開關(guān)穩(wěn)壓器作業(yè)時(shí),耗損掉的電流也會(huì)降低,因?yàn)檫@類型的穩(wěn)壓器電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,而體積也較小。因此,系統(tǒng)也可以獲得更廣的負(fù)載范圍,并發(fā)揮更高的效率。但負(fù)載若降到接近最低的極限,導(dǎo)致電流低于1mA,效率便未必這么理想。另一缺點(diǎn)是由于開關(guān)頻率并不固定,電磁兼容性的表現(xiàn)便較難預(yù)測(cè),甚至需要投入更多資源改善設(shè)計(jì)。因此,甚少車用電子系統(tǒng)采用這個(gè)解決方桉。



磁滯控制(Hysteretic Control



或許,利用磁滯進(jìn)行控制也是另一個(gè)具有可行性的解決方桉。就像 PFM模式一樣,即使在低負(fù)載的作業(yè)情況下,系統(tǒng)也可調(diào)節(jié)開關(guān)頻率,比方說,頻率會(huì)隨著負(fù)載的減少而下降。因此,負(fù)載越低,效率則越高,這就是應(yīng)用磁滯控制的最大優(yōu)點(diǎn)。


但在,一旦系統(tǒng)處于高負(fù)載的運(yùn)作下,系統(tǒng)的開關(guān)頻率將會(huì)視不同的組件參數(shù)及運(yùn)作狀況,而有所改變,例如:輸入電壓、負(fù)載電流、電感值、輸出電容器,以及等效串聯(lián)電阻等,將對(duì)開關(guān)頻率都有很大的影響。而上述參數(shù)的數(shù)值大部分都會(huì)隨著溫度的變化而變動(dòng),若將這些因素加在一起,開關(guān)頻率及電磁兼容性更難符合汽車工業(yè)的嚴(yán)格規(guī)范。

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