AOS AOZ226xAQI輕載高效的原理與實現方式

DC/DC在做電壓轉換,降壓控制時,由於ON/OFF時間比有變化,其次數在單位時間內也是固定的。
因此,自身損耗的功率,也是恒定的,在輕載時,這種轉換漏電流造成的損失會導致效率降低。
所以,在使用電流少的情況下,透過頻率調控,將週期拉長、變慢,從而減少單位時間內的ON/OFF轉換次數,以減少損失,這種技術就是輕載高效的工作模式。

  • Buck轉換器輕載工作模式:
  1. Forced CCM
  2. Pulse Skipping Mode
  3. Burst Mode
  • Forced CCM:
  1. 電感電流在HS MOSFET關斷時可反向流動。
  2. 電感電流降至0A時LS MOSFET仍維持導通,電感反向激磁,電流反向流動。
  3. 輸出ripple和操作頻率變化不大,容易濾除雜訊,適用於低干擾要求或低ripple要求的應用。
  4. 電流持續流經LS MOSFET,效率較低。


  • Pulse Skipping Mode:
  1. 輕載時,某些週期HS MOSFET略過不導通,減少切換損失,提高效率。
  2. 導通週期有較大的Duty-Cycle,可以略過一個或多個週期(不工作) 。當輸出電壓低於調節值時,開始下一個新的週期。
  3. 輸出電壓ripple頻率與電壓成正比。不工作的期間只有靜態電流Iq的損耗,只需對輸出電壓進行調整,不需對電流進行處理。
  4. 提高了輕載效率,但因頻率不固定,雜訊較大。

 

  • Burst Mode:
  1. 縮短工作模式的時間,延長系統待機的時間,擁有最低功率損耗。
  2. 利用hysteresis 比較器,控制工作時間。
  3. 用脈衝突發抬高輸出電壓直到設定的上限電壓。
  4. 此種模式中雜訊最大。
  5. 需要額外電壓偵測:高於某電壓則關掉振盪器停止工作;低於某電壓則開始工作。



Burst Mode:提供最好的輕載效率,但輸出ripple高。

Pulse Skipping Mode:提供最低的電壓ripple,但輕載效率較低。

  • PFM of COT:

本身所代理的AOS萬有半導體產品線,它專有的COT架構分別適用在各類的降壓產品需求上,同時也可提供更快速的負載暫態響應性能,穩定又低輸出漣波電壓操作的特性,特別是只需要小型化的陶瓷電容,更可進一步減低整體解決方案的體積與成本。

Q&A:

  1. 有看到有些IC廠家會有不同的輕載高效模式名稱,例如:AAM。那是什麼樣的輕載技術實現?

Ans:AAM是MPS特有的Advanced Asynchronous Modulation,它的技術可以概括為:電源輸出輕載電流時,會工作在PFM mode,在輸出重載時,會工作在PWM mode。

  1. 為何在PFM工作模式下,有時會有低頻的噪音?

Ans:當為了高效能,而將開關頻率逐漸降低。當頻率降低到達20至20kHz的範圍,這是可聽頻率,所以有可能會聽到電感器工作時的聲學噪聲。

  1. 電感器的聲學噪聲,產生的原因為何?

Ans:主要的原因有:磁芯的磁致伸縮(磁應變) ,磁芯磁化引起的吸引力,漏磁通引起的繞組振動。

  1. 如上題,除電感的聲學噪音之外,其餘放大的聲音和噪音的產生原因為何?

Ans:其它產生的原因尚有:與其他元件的接觸,漏磁通對周圍磁性體的影響,包括基板在內的整機固有振動頻率匹配,這些都是因素之一。

  1. 如何避免上述的Acoustic noise?

Ans:常見的方式,可以稍為提高工作頻率,避開音頻段,或是將輸出電容的材質,將常用的MLCC部份換成鋁質固態電解電容,也可以解決這樣的問題。

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