您是否曾經(jīng)應要求設計過一種輕負載狀態(tài)下具有良好負載瞬態(tài)響應的電源呢?如果是,并且您還允許電源非連續(xù),那么您可能會發(fā)現(xiàn)控制環(huán)路的增益在輕負載狀態(tài)下急劇下降。這會導致較差的瞬態(tài)響應,并且需要大量的輸出濾波電容器。一種更簡單的方法是讓電源在所有負載狀態(tài)下都為連續(xù)。
圖1是一個簡單的同步降壓轉換器,用于演示輸出電感中連續(xù)和非連續(xù)電流的負載瞬態(tài)響應。在低至空載的負載狀態(tài)下,輸出電感電流都一直保持連續(xù),因為同步整流器允許電感電流在輕負載狀態(tài)下反向流動。只需用一個二極管替換底部FET (Q2),電路便可轉為非連續(xù)。盡管本文介紹的是降壓拓撲結構的區(qū)別,但您會注意到所有電源拓撲都有類似的響應。
圖1 用于演示瞬態(tài)響應的簡單降壓轉換器
圖2顯示了輸出電流700mA階躍變化的兩個瞬態(tài)負載響應。左邊的線跡為連續(xù)情況,而右邊的線跡則為非連續(xù)情況。在非連續(xù)情況下,瞬態(tài)響應比連續(xù)情況差了三倍多。同步 FET 用于強制連續(xù)運行。但是,也有一些獲得較好瞬態(tài)響應的其他方法,包括預加載輸出或者使用擺動電感等。擺動電感用于在低電流時增加電感。這個目標的實現(xiàn),主要是通過兩種磁心材料:低電流飽和高鐵氧體,以及低電流不飽和粉末鐵氧體。
圖2 同步運行(左)具有最佳瞬態(tài)響應
非連續(xù)運行期間,瞬態(tài)響應較差的原因是環(huán)路特性急劇變化,如圖3所示。左邊的曲線顯示了連續(xù)運行期間的環(huán)路增益。控制環(huán)路具有50kHz的帶寬,相補角為60度。右邊的曲線為功率級轉為非連續(xù)時的響應情況。功率級從連續(xù)運行期間的一對復極,變?yōu)榉沁B續(xù)運行期間的一個單低頻實極點。該極點的頻率由輸出電容器和負載電阻器決定。相比連續(xù)情況,您可以看到低頻率下低頻極點引起的相移過程。低頻率下,增益急劇下降,原因是極點導致更低的交叉頻率,從而降低了瞬態(tài)響應。
圖3 大量環(huán)路增益在非連續(xù)運行(右邊)中損失
總之,同步整流可提高效率,同時也能夠極大地幫助瞬態(tài)負載調節(jié)。它為電源預加載提供了一種高效的方法。另外,相比擺動電感,它還擁有更加穩(wěn)定的控制環(huán)路特性。它提高了傳統(tǒng)降壓轉換器,以及所有其他能夠使用同步整流的拓撲結構的動態(tài)性。
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原文標題:電源設計:同步整流帶來的不僅僅是高效率
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