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DC/DC

開關穩壓器的基礎

前項業已說明,同步式在輕負載時效率會因逆電流而降低。相信大家都希望難得效率高的同步式在輕負載時也能有高效率。尤其是最近,待機時功率的削減已成為一大主題。最輕負載時亦即供電中電路處於關機(shutdown)狀態之時。若電源也能關機的話再好不過,只是必須持續給予微小功率,而此時效率低也是一大問題。

不連續模式的追加
同步整流式輕負載時效率改善的方法之一為輕負載時追加以不連續模式工作之功能。想法非常簡單,也就是檢測出電感電流下降至零附近後將下側電晶體設為OFF使其不發生逆流(圖43)。

圖43

圖43

只是,此方法並非說完美無缺。此時,電感電晶體方的交點由於會呈現與開放相同狀態,故輸出電容之放電須仰賴負載電流,輕負載時電壓下降之時間將變長。結果有時將導致開關速度下降,漣波電壓増加。

此外,上側電晶體不會ON到輸出電壓下降,故開關周期會改變。考量到雜訊的過濾時,雜訊頻率變動是問題所在,與效率之間也須進行權衡。

從PWM模式開關為PFM模式
這裡還有另一個方法。過去曾經以PWM為前提進展話題,而此方法則是將PWM和PFM分開使用。負載重時PWM工作、負載輕時將控制開關為效率佳的PFM。PWM是最普遍的電壓控制方法,由於頻率一定,即使重負載時和輕負載時ON/OFF之時間比不同,其開關次數也會相同。因此自我消耗功率不會改變,故輕負載時開關損失受到支配而效率降低。此為PWM模式於低負載時通常效率會急劇降低的理由。

圖44

圖44

PFM因ON時間一定使OFF時間變動、或OFF時間一定使ON時間變化(圖44為ON時間一定例)。換言之,接下來一直到ON之前的時間會改變。輕負載時功率追加供給會變少,故ON周期會變長而每單位時間之開關次數會滅少,開關損失減少可維持效率(參照圖46)。

圖46

圖46

圖45

圖45

如此看來單純設定為PFM方式似乎比較好,不過變為ON之周期,也就是頻率一變動則起因於開關之雜訊將為不定期而無法特別指定頻率,故雜訊的過濾將變得非常麻煩。也就是難以去除雜訊。此外,頻率一進入可聽帶20kHz時有可能會發生聲響等對音響機器之S/N造成影響。有關於雜訊,PWM可以說有其容易處理的一面。因此,在這裡也有必要進行權衡。

重點:

・低負載時、待機時之效率由於將內部消耗功率所左右,故需將目標轉移至減少內部消耗的工作。

・IC本身有搭載這些功能,故基本上無須追加電路或零件。

・關於雜訊,往往需要犧牲效率來抑制。


線性調節器和開關調節器的基本資料