电源管理

1.4串联电容降压变换器的主要优点

Loading the player...

前面我们分析了串联电容 Buck 电路的一些主要的工作特点那么从它这些工作的特点来看我们就可以发现我们这个新型的串联电容 Buck 电路它有一些优点那么第一个比较明显的一点就是它能够比较有效地降低一个开关的损耗我们从分析都可以看到我们的每一相的一个 Buck 的上管那么它实际上有效的一个输入电压会变成一个 1/2 的输入值那么这个时候我们在每个管子的开关损耗的那个阶段也就是说我们在开通和关断的时候电压和电流交接的区间那么就可以实现一个比较明显的使它们整个的交接区间的一个损耗能够降低第二个优点就是说它能够使我们的一个开关损耗就是开关电容上的一个损耗因为我们每个 MOS 管上都有一个 COSS 那么我们在 COSS 上储存的一个能量因为电压减半了所以说它那个根据 1/2*CV² 的话那么在这个电容上它所储存的能量的损失那么就也可以降低大概 67% 所以说从右边这里看到我们这是一个做了测试的比较最上面这里指的是我们 Vds 是 12V 的时候我们做一个 Buck 的开关管的开关那么这个时候我们可以看到它输出电容上也就是 COSS 上它有一个 30.4nJ 的损耗那么如果说我们这个时候把 Vds 降到只有 6V 也就是说电压只有原来的一半的时候那么我们在这个 MOS 管上的一个 COSS 上那么它所造成的一个损耗就只有大概 10nJ 因为可以通过这种方式能够使我们的 MOS 管的一个开关损耗大幅降低所以说这就给了我们一个机会能够把我们的系统的开关频率能够提升到一个更高的范围除了前面提到的能够把我们的主开关管的 Vds 电压降低一半之外我们的这个新的串联电容 Buck 电路的一个拓扑它同时也还能够降低我们在电感上的一个纹波的电流我们通过计算可以做出一个对比我们在每相的一个电感电流上相对于我们之前单相的 Buck 电路来说电流的一个缩减的比率大概会有一个 33% 的衰减也就是说我们在电感上的一个电流纹波在相同的一个条件下能够衰减一个三分之一那么这样带来一个好处就是我们的这个电感上因为它的 Δi 变小了那么这意味着我们电感它所本身因为 Δi 所产生的一个磁芯损耗能够大幅度地降低那么相应的话那么这个时候因为它的磁损已经降低了所以说我们就可以选择一个更小的电感值来作为一个同样的拓扑第三个也就是最重要的一个特点就是我们这个新型的串联电容 Buck 电路它本身就是自带一个自动均流的一个功能那么我们可以看到就是串联电容它实际上会形成一个平均电流的反馈的机制因为我们从前面的分析可以看到就是我们这个串联电容它的一个充电电流实际上是等于我们 a 路电感的一个充电的电流那么它的放电电流也实际上是等于我们 b 路电感的一个放电的电流所以说在稳态的时候我们这个串联电容上它的电压要保持稳定那么就意味着我们的这个充电电流跟放电电流的平均值必须要相等所以说这个机制产生之后就能够使我们电容产生一个自动均衡的功能这个时候我们可以知道因为我们在实际的电路设计里面那么它总是会有一些参数的适配的问题比如说一些电感值比如说一些的电感的 DCR 或者是我们管子的导通时间的一些不匹配那么这个时候就会在我们的电感上可能会有它的一个峰峰值的纹波电流的一些差异但是即使我们有这些差异的话那么我们每一相的电感电流包括 La 包括 Lb 它们上的电感电流的平均值都是会一致的我们可以看到下边这个图那么实际上就给出了一个例子比如说 a、b 两相它的电感量会不一样那么 a 相的电感量要大于 b 相电感量所以我们看到 a 相的 Δi 明显就小于 b 相上的 Δi 但是它们这两项围起来的一个阴影的面积它们的平均值就是说我们每相电感的一个平均电流它们的值都是相等的所以说这个时候就意味着我们的每一相的电感电流它都是一样的那么右边是给出我们关于均流的一个测试结果我们给了 a 路电感是一个 100nH 的值那么 b 路电感是 200nH 我们实测下来就发现在从 0A 到 8A 的整体的一个输出电流的时候我们在 a、b 两相上的电感电流都是是完全匹配的那么从右下角我们这个测试的波形来看 a、b 两项它们的 Δi 也就是峰峰值的一个电流那么是明显不一致的但是它们的平均值都是在同一个水平线上那么这个实际上就意味着我们 a、b 两相它的一个电感电流都是实现了一个自动的均流