具快速负载响应且设计简便的宽输入电压降压交换式电源方案

现今， 随着工业控制、工业计算机、车用电子，甚至服务器的需求越来越多样化，产品输入电压范围也变得非常宽。有些应用提高输入电压来减少输入电流，以减少输入线损并提高转换效率。新型的服务器已可见48V输入的需求！有些应用也使用不同电压源来对系统供电，例如工业平板计算机使用12~36V的DC输入或使用2~3串的锂电组供电（ 电压范围6V~12.6V之间），这对于3.3V、1.8V、1.2V等较低系统电压需用6V~36V输入的的电源稳压方案，就有宽输入电压方案的需求。另外，系统对指令周期要求越来越快，当芯片操作频率增加，芯片对电源的稳定度要求也越来越高 。电源方案要达到此条件，快速负载响应就成为必要条件！

 
图一展现定频电压模式降压转换器的架构与优缺点，这架构主要好处是普遍、控制器设计简单和Pulse-width Modulation（PWM）三角波振幅大，降低占空比误差；缺点是电感器与输出电容产生双极点，需用复杂补偿回路、补偿回路速度慢及瞬态响应差！另外，由于误差放大器 （Error Amplifier, EA）的增益会被输入电压影响，要做到宽输入电压的设计会有挑战！

 

图二列出此架构瞬态变化相关波型。可看到当输出电流上升，由于补偿回路延迟，输出电压（也反映在回授电压）会往下掉直到回授电路察觉这变化，开始调整占空比（Duty Cycle）。由高端闸驱动波形知道占空比在红色区域才调整，这已落后一PWM周期！如果回授电路没调好，反应再慢，输出电压降幅会更大，造成系统电压过低而出问题！

Microchip的Hyper Speed ControlR架构（又称为Adaptive Constant On-Time Control架构）可在宽范围的输入电压产生稳定的输出。并对快速的负载变动有很快的频率响应，又可简化整体电路的设计！

 

接着分析Hyper Speed Control架构的优点。图三用Microchip的MIC2127A简化方块图说明此架构组成，包括了处理输出反馈的放大电路单元、产生固定on-time的预估电路、电流限制电路、控制逻辑与闸驱动。它的操作原理可参考图四，图中显示了相关波形，当输出电流在瞬态上升，一开始输出电压往下掉（也反映在回授电压），但当回路侦测到回授电压低于参考电压（ VREF）时，高端闸驱动会结束OFF时间并开启一个固定on-time，在on-time结束后如果发现回授电压还没高于VREF值，表示输出电压还未回复；这时此架构用最小OFF时间（TOFF(min)）对高端闸驱动的电荷帮浦电路补充电荷，之后再开启下个on-time，高端MOSFET会依固定on-time + TOFF(min) 的周期持续【开启-关闭】直到回授与输出电压回到正常值！这时的PWM周期比在稳态时短 （T_transient = on-time + TOFF(min) ）。此时PWM的占空比也会开到最大（DutyCycle_transient = (on-time) / ( on-time + TOFF(min) ）。把瞬态的操作频率与占空比同时加大，自然瞬态响应就好，达到快速负载响应的目的！

以上是对有快速负载响应，简便设计的宽输入电压的降压交换式电源方案的介绍， 并以Microchip系列产品的MIC2127A当范例来讲解方案优点.