1.5串联电容降压变换器的测试结果

我们在前面提到

我们这个串联电容 Buck 电路的

一些主要的工作原理以及它的一些好处

那么我们这一节主要要介绍一下

它的测试的一些结果

我们首先来看

这个是我们 TI 专门针对于这种新型拓扑

所推出的一个控制器

它是集成了所有我们这个拓扑

所需要的各种的必须要元件

我们这个芯片是采用了

一个自适应的恒定导通时间的控制方法

那么它能够给我们系统

一个更高的动态响应

以及它纯粹是依靠

我们内部的一个环路补偿

右边是我们这个芯片的一个简单的框图

我们可以看到

我们的一个反馈电压

一般会接到我们的 FB 脚上

然后反馈电压会输入到我们的芯片内部

然后经过误差放大器

误差放大器同时也会

接受一些输入的电压信息

做一些前馈的控制

那么由这个误差放大器作为做完补偿之后

然后来产生一个导通时间的控制

同样的话我们这个芯片

也是提供一个同步的功能

也就是说可以由外面输入一个 PWM 信号

来跟我们的系统的开关频率做一个同步

前面我们提到

我们这个串联电容 Buck 电路

它的一个最大的优点就是

能够把我们的整个系统的

一个开关频率提升

简而言之一个最大的好处就是

它能够把我们整个系统的尺寸给降低下来

那么我们这里做了

一个对于它的电流密度的比较

市面上现在常见的这些工业的电源产品

它们的电流密度一般都是

不会大于 20A/cm³ 的

但是像我们的 TPS54A20

也就是我们这颗定制的

专门用于串联电容 Buck 电路的一个芯片

那么它所做成的一个电源模型

它的整个的电流密度

就能够上升到超过 60A/cm³

右边是我们评估板的一个简单的照片

那么它整个板子它的尺寸

它是不会超过 1.2mm 的高度

但是下面第二个图

它是给出了一个普通的

500kHz 的 Buck 电路

那么它的电感

仅仅是电感的一个高度

就有可能是 4.8mm 的高度

所以说从电流密度的方向来考虑的话

我们这个新的串联电容 Buck 电路

它的做出来的原型机

比现在市面上现有的电源模块

它的电流密度

它能够提升三到七倍

关于效率

这个是大家最关心的一个问题

开关频率提升确实会带来开关损耗的增加

那么对于我们这个串联电容 Buck 电路

它的一个效率是怎么样的呢

我们可以看到这边是有一个图

我们这里实际上是做了一个对比

同样的条件下都是作为

12V 的输入、1.2V 的输出

那么有一个是 530kHz 的传统 Buck 电路

那么有一个是我们

开关频率是 2MHz 的一个 TPS54A20

做了一个串联电容 Buck 电路的拓扑

也就是我们前面提到的那个电源模块

那么我们测下来

它的整个电源的一个效率曲线的话

就会发现传统的 530kHz 的 Buck 电路

它的效率也就是在半载的时候

大约也是会接近一个 87% 到的一个点

那么满载的时候

甚至于只有 83%、84% 的一个效率

那么用了我们这个

串联电容 Buck 电路的一个电源模块

所得的一个效率曲线

在整个电流负载段

都是比我们的传统的 Buck 电路效率要高

那么在半载的时候

我们的效率可以达到大约 87%、88%

然后在满载的时候也是接近于 84%

也就是说在半载的时候

我们可以效率提升到一到两个点

那么在满载的时候至少提升一个点

在这样的条件下

我们的开关频率可以提升四倍

那么就意味着我们的电源模块

可以做到一个更小的体积

第三个测试结果就是一个动态响应的结果

前面我们提到串联电容 Buck 电路

它的一个最大优点就是

它内置一个无源的电流自动均衡的机制

那么对于这种特性

我们实际的效果是怎么样呢

我们做了一个实验结果

那么这是一个 12V 输入、1V 输出

这是一个 500A/μs 的空满载的切换

2MHz 每路的一个开关频率

我们左边这一路是一个

由 0A 跳到 10A 的满载跳变

我们可以看到在电流跳变这个瞬间

输出电压有跌落

但是我们 A、B 两相的电感电流

却匹配得很好

包括在由 0A 上升到各自相电流

也就是 5A 左右的时候

整个动态时间之内

每相电流都匹配得非常好

那么对于另外右边这个图

这是由满载跳变到 0A 的一个过程

也就是说当我们的满载突然卸掉的时候

我们可以看到输出电压有一个波动

但是我们每相的电感电流

依然是跟随得非常好

也就是说两路的电流匹配得非常好

那么整个动态响应的话

对于我们输入电压来说

它的一个动态响应的速度也是非常快

那么输出电压的纹波会小于 25mV 的波动

那么整个的恢复时间也是小于 4us

所以说这个就是由于

我们的 2MHz 高频所带来的

一个快速响应的好处

从电感电流的一个角度来看

也就是两相的一个电感电流在动态

包括空载到满载、满载到空载的时候

这两个动态的时候

它们电流均衡都是非常好的

我们在前面提到

我们这个串联电容 Buck 电路的

一些主要的工作原理以及它的一些好处

那么我们这一节主要要介绍一下

它的测试的一些结果

我们首先来看

这个是我们 TI 专门针对于这种新型拓扑

所推出的一个控制器

它是集成了所有我们这个拓扑

所需要的各种的必须要元件

我们这个芯片是采用了

一个自适应的恒定导通时间的控制方法

那么它能够给我们系统

一个更高的动态响应

以及它纯粹是依靠

我们内部的一个环路补偿

右边是我们这个芯片的一个简单的框图

我们可以看到

我们的一个反馈电压

一般会接到我们的 FB 脚上

然后反馈电压会输入到我们的芯片内部

然后经过误差放大器

误差放大器同时也会

接受一些输入的电压信息

做一些前馈的控制

那么由这个误差放大器作为做完补偿之后

然后来产生一个导通时间的控制

同样的话我们这个芯片

也是提供一个同步的功能

也就是说可以由外面输入一个 PWM 信号

来跟我们的系统的开关频率做一个同步

前面我们提到

我们这个串联电容 Buck 电路

它的一个最大的优点就是

能够把我们的整个系统的

一个开关频率提升

简而言之一个最大的好处就是

它能够把我们整个系统的尺寸给降低下来

那么我们这里做了

一个对于它的电流密度的比较

市面上现在常见的这些工业的电源产品

它们的电流密度一般都是

不会大于 20A/cm³ 的

但是像我们的 TPS54A20

也就是我们这颗定制的

专门用于串联电容 Buck 电路的一个芯片

那么它所做成的一个电源模型

它的整个的电流密度

就能够上升到超过 60A/cm³

右边是我们评估板的一个简单的照片

那么它整个板子它的尺寸

它是不会超过 1.2mm 的高度

但是下面第二个图

它是给出了一个普通的

500kHz 的 Buck 电路

那么它的电感

仅仅是电感的一个高度

就有可能是 4.8mm 的高度

所以说从电流密度的方向来考虑的话

我们这个新的串联电容 Buck 电路

它的做出来的原型机

比现在市面上现有的电源模块

它的电流密度

它能够提升三到七倍

关于效率

这个是大家最关心的一个问题

开关频率提升确实会带来开关损耗的增加

那么对于我们这个串联电容 Buck 电路

它的一个效率是怎么样的呢

我们可以看到这边是有一个图

我们这里实际上是做了一个对比

同样的条件下都是作为

12V 的输入、1.2V 的输出

那么有一个是 530kHz 的传统 Buck 电路

那么有一个是我们

开关频率是 2MHz 的一个 TPS54A20

做了一个串联电容 Buck 电路的拓扑

也就是我们前面提到的那个电源模块

那么我们测下来

它的整个电源的一个效率曲线的话

就会发现传统的 530kHz 的 Buck 电路

它的效率也就是在半载的时候

大约也是会接近一个 87% 到的一个点

那么满载的时候

甚至于只有 83%、84% 的一个效率

那么用了我们这个

串联电容 Buck 电路的一个电源模块

所得的一个效率曲线

在整个电流负载段

都是比我们的传统的 Buck 电路效率要高

那么在半载的时候

我们的效率可以达到大约 87%、88%

然后在满载的时候也是接近于 84%

也就是说在半载的时候

我们可以效率提升到一到两个点

那么在满载的时候至少提升一个点

在这样的条件下

我们的开关频率可以提升四倍

那么就意味着我们的电源模块

可以做到一个更小的体积

第三个测试结果就是一个动态响应的结果

前面我们提到串联电容 Buck 电路

它的一个最大优点就是

它内置一个无源的电流自动均衡的机制

那么对于这种特性

我们实际的效果是怎么样呢

我们做了一个实验结果

那么这是一个 12V 输入、1V 输出

这是一个 500A/μs 的空满载的切换

2MHz 每路的一个开关频率

我们左边这一路是一个

由 0A 跳到 10A 的满载跳变

我们可以看到在电流跳变这个瞬间

输出电压有跌落

但是我们 A、B 两相的电感电流

却匹配得很好

包括在由 0A 上升到各自相电流

也就是 5A 左右的时候

整个动态时间之内

每相电流都匹配得非常好

那么对于另外右边这个图

这是由满载跳变到 0A 的一个过程

也就是说当我们的满载突然卸掉的时候

我们可以看到输出电压有一个波动

但是我们每相的电感电流

依然是跟随得非常好

也就是说两路的电流匹配得非常好

那么整个动态响应的话

对于我们输入电压来说

它的一个动态响应的速度也是非常快

那么输出电压的纹波会小于 25mV 的波动

那么整个的恢复时间也是小于 4us

所以说这个就是由于

我们的 2MHz 高频所带来的

一个快速响应的好处

从电感电流的一个角度来看

也就是两相的一个电感电流在动态

包括空载到满载、满载到空载的时候

这两个动态的时候

它们电流均衡都是非常好的