Burst控制模式 - 一款高效綠色降壓型開關電源控制器芯片的設計方案

　　2. 2 Burst 控制模式

　　在輕載情況下，這個多模式開關電源控制器還可以控制變換器工作在Burst 模式。在這種模式下，功率開關根據負載情況連續工作幾個周期再關斷幾個周期，因此可以有效地減少開關損耗和降低靜態功耗。對于便攜式設備應用來說，輕載情況下的變換器效率是一項非常重要的指標，因此Bur st 控制模式必不可少。 Burst 模式的工作過程如圖3 所示。

　　2. 3 模式轉換

　　在多模式控制的變換器中，由于在輕重載條件下采用不同的控制策略，會在負載變化和模式切換的時候產生一些問題：一是當負載電流正好在所設定的模式切換點附近波動時，會使變換器在兩種工作模式間反復切換，極容易造成工作狀態不穩定；二是在模式切換的瞬間會產生較大的過沖電壓，導致器件損壞。這是多模式變換器普遍存在的一個嚴重缺陷。針對這一缺陷，本文提出一種雙基準解決方案，即對PWM 模式和Bur st 模式采用不同的基準電壓，這樣不但可以實現如前所述的模式切換過程中的遲滯功能，且可抑制一部分過沖電壓。模式切換時的工作原理如圖4所示。

　　圖4 模式切換時的工作原理

　　在Bur st 工作模式中，控制器控制輸出電壓略高于PWM 工作模式中的輸出電壓，設計中，Bur st 下限高于EA 基準的016 % ，上限高于EA 基準的117 %. 當負載較重時，變換器工作在PWM 模式，當負載下降到一定值時，電感電流的峰值不再隨著負載的變化而變化，輸出電壓上升，直到達到Bur st 比較器上限時才會控制功率開關關斷，變換器進入到Burst 工作模式。類似，當負載從輕載變到重載，電感電流峰值需要隨著負載變化而調整時，輸出電壓下降，直到達到EA 基準變換器才回到PWM 工作模式。這就相當于在模式切換的負載條件之間形成了一個遲滯窗口，窗口的下限是EA 基準，上限是Bur st 比較器上限。另一方面，設置兩個基準，還可以在模式轉換時提供一個電壓余量，起到抑制過沖電壓的作用。

　　3 片上電流檢測

　　片上電流檢測就是把檢測電感電流的功能集成到控制芯片內部，尤其對于功率集成的控制器來說，其意義就顯得更為重要也較易實現，且采用片上電流檢測有利于有效簡化外圍應用電路的設計。

　　電流檢測可以根據檢測電路的不同位置分為高邊檢測和低邊檢測，對于Buck 電路來說，若檢測對象是流過功率開關的電流，多采用高邊檢測；但若檢測對象是流過同步整流開關的電流，就需采用低邊檢測。以高邊檢測為例，傳統的檢測方法是利用一個小電阻與功率開關串聯來檢測流過功率開關的電流。但受到工藝的限制，小電阻的阻值精度通常是很低的，且會占用較多的芯片面積。尤其在低電壓供電的系統中，檢測電阻上的損耗和檢測精度都是嚴重的問題。因此，本文采用了一種基于電流鏡結構的片上電流檢測技術，與傳統的電阻檢測方法相比，它的精度較高，功率損耗小。

　　電流檢測電路主要有兩個功能模塊，一是功率開關電流檢測模塊，二是峰值電流箝位模塊。

　　功率開關電流檢測的基本電路原理如圖5 所示。主要采用電流鏡結構，用一個與功率開關成一定比例的MOS 管來鏡像功率開關的電流。圖中PM_P 是功率開關，NM_P 是同步整流開關。 PMOS 管PM0 和PM_P組成一個簡單電流鏡結構。運算放大器CSA 的作用是保持PM0 和PM_P 的V DS電壓相等，它是一個兩級折疊式共源共柵結構，具有較大的帶寬和較快的響應速度，以達到較高的檢測精度和較大的電流檢測范圍。

　　　圖5 功率開關電流檢測模塊

　　PM1 的作用是防止當同步整流開關通時，CSA + 端短路到地。如果在功率開關關斷的時候CSA + 短路到地，則每個周期功率開關開始打開的時候，CSA + 需要較長的恢復時間，會影響檢測精度。另一方面，功率開關導通時是工作在線性區，因此PM0 和PM_ P 的V DS電壓差對電流鏡的鏡像精度影響較大，所以PM1 必須具有較小V DS值，可以適當地增大它的寬長比。

　　在設計中，取PM0 和PM_ P 的寬長比的比值為1 ∶3000 ，因此流過PM0 和PM_ P 的電流比值也為1 ∶3000. 可得檢測電壓V IL 為：

　　因此流過PM0 和PM_ P 的電流比值也為1 ∶3000. 可得檢測電壓V IL 為：