方案

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高压Buck拓扑与芯片控制分析



Buck为三大基本非隔离变换器之一,拓扑特点是:输出电压小于输入电压。高压Buck在家电电源、LED驱动器等AC-DC领域有着广泛应用。本期,芯朋微技术团队从基础知识、控制方法、产品应用三个方面为大家深入解析高压buck的拓扑与控制。


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基础知识


工作模态分析


DCM工作波形


CCM工作波形


频域分析

CCM模式下,Buck变换器的平均方程如下:

电感电流至输出电压的传递函数为:

可见,如果引入电流内环,电压环的控制对象为一阶系统,采用PI控制即可实现稳准快调节。




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控制方法


PWM控制

  • 控制原理:Q1开通点由Clock触发,当电感电流峰值上升至参考值Iref(电压外环给出)则关闭Q1。

  • 控制优点:电压环为无静差控制,Vo稳态精度高;电感电流在每个开关周期内受控,异常保护易实现。

  • 控制缺点:电压环需外置环路补偿网络(通常为比例积分);由于电压环带宽限制(通常低于开关频率的十分之一),多个开关周期才能响应负载的变化;如果占空比大于0.5,则需斜率补偿稳定电流内环。




PFM控制

  • 控制原理:当k*Vo下降至固定参考值Vref时开通Q1,固定导通时间后关闭Q1。

  • 控制优点:电压环无环路补偿网络,无带宽限制,动态特性好。

  • 控制缺点:电压环为有静差控制,Vo稳态精度低;由于Ton随输入电压Vin、输出电压Vo变化,需引入前馈补偿fs。






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产品应用


第四代高压BUCK产品

芯朋微第四代高压Buck采用带输入电压Vin前馈、电感电流受控的PFM控制技术,仅三个功能脚,外围精简,适应于5-24V输出电压、700mA以内输出电流的非隔离电源应用场合,为家用电器、智能家居供电可靠性保驾护航。





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