MPS 电源小课堂 | 轻载高效纹波小,AAM来帮忙
上一讲,我们简述了静态功耗与待机功耗的区别。点击这里穿越回上一讲。
众所周知,降低电源待机功耗的利器即是降低开关频率,从而降低开关损耗。而在实际应用中,降频的方式并非唯一。芯片的设计者恰如作曲家一般,针对轻载降频的主题谱写了多种不同的旋律。这里,我们将为攻城狮朋友们梳理开来,分别奏响三类轻载高效的降频方式。
第二话 :轻载高效纹波小,AAM来帮忙
如今,我们更加追求高效和低功耗,大家希望汽车电池可以有更长的寿命,希望智能家居可以待机更久,希望电气产品更加节能环保。但是,大多数电源产品往往在重载时效率可以达到90%以上,而当负载降低到几十MA时,效率会下降很多。提高轻载效率成了工程师朋友的必备技能。
为了提高轻载效率,关键要降低开关频率,减少IC在轻载时的开关损耗。
01跳脉冲模式(PSM)
以BUCK电路为例,最常见的提高轻载效率的方式为跳脉冲模式(PSM)。即在输出重载时,以连续模式(CCM)工作。当负载电流降低,电源将进入断续模式(DCM)工作,直到上管的开通时间达到最小导通时间,若负载继续降低,控制器将屏蔽掉一些开关脉冲。跳脉冲模式相比于连续模式,提高了轻载效率,但是其效率并不如突发工作模式。
图1: 跳脉冲模式
02突发工作模式
突发工作模式是在轻载时上管长时间停止工作,由输出电容维持输出的的工作模式。当输出负载电流降低到一定的值,系统进入轻载模式,上管关闭,输出电容为负载提供能量,当其输出电压降低使VC上升达到VH时,进入开关模式。输出电压快速提高,当VC低于VL时,再次进入轻载模式。但由于输出电容的快速充放电过程,也导致了较大的纹波和较差的瞬态响应。
图2: 突发工作模式
03AAM 模式
最后,我向各位工程师朋友介绍MPS特有的AAM技术。AAM(Advanced Asynchronous Modulation)技术可以概括为:电源输出轻载电流时,工作在PFM(pulse-frequency modulation)模式;在输出重载时,工作在PWM(pulse-width modulation)模式。
图3: AAM模式
其工作模式如图3,当输出负载电流降低,Vcomp也会降低,当其直流分量小于VAAM,电源进入轻载模式,所以当Vcomp波动,其值大于VAAM且时钟信号开通时,上管开通,当电感电流达到Vcomp时,上管关闭,直到电感电流降为0完成一次开关周期。当Vcomp值小于VAAM时,上管不会开通。
同时,为了增加抗干扰性,C1引入了VAAM交流迟滞,防止误触发。相比突发工作模式,在保证较高轻载效率的同时,其带来的纹波较小,瞬态响应也更快。
图4:AAM模式工作曲线
总结:三种模式
跳脉冲模式:提高了轻载效率,但其效率没有突发工作模式和AAM模式高。输出纹波较小且瞬态响应较快。
突发工作模式:轻载效率很好,输出的纹波很大,且瞬态响应较慢。
AAM模式:轻载效率高,且输出纹波相比突发工作模式会更小,具有更好的瞬态响应。
带有AAM模式的MPS电源产品,比如MPQ9840,在1mA负载时,效率可以达到85%以上。所以,选择合适的产品,对于您的整机功耗有着至关重要的影响。
图5:MPQ9840效率曲线
如果要提高电源的轻载效率,主要还有几点需要注意。
01
选用MOS管导通阻抗更低的电源管理IC,降低电源的导通损耗。
02
选用具有更低DCR的电感、和低ESR的电容,降低输出纹波,降低在无源元件上的损耗。
03
选择合适的电感材料,降低电感上的铁损和铜损。
04
选用在轻载时PFM模式工作的电源IC,提高轻载效率。
所以,各位工程师朋友,如果对轻载效率和待机功耗有要求的话,可以来MPS选择带有AAM模式的电源哦。
原文标题 : MPS 电源小课堂 | 轻载高效纹波小,AAM来帮忙
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