控制方式(電壓模式、電流模式、遲滯控制) | 基本知識 - Tech ...
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透過反饋電路只歸還輸出電壓。
藉由以誤差放大器和基準電壓做比較後所差距之電壓再進一步與三角波做比較,決定PWM訊號之脈衝振幅來控制 ...
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基本知識
DC/DC
開關穩壓器的基礎
控制方式(電壓模式、電流模式、遲滯控制)
2016.06.21DC/DC 控制方式(電壓模式、電流模式、遲滯控制)
開關穩壓器的基礎
最初已經說明開關穩壓器的反饋(feedback)控制方式有電壓模式、電流模式、遲滯控制3種。
如前所述,開關穩壓器也與線性穩壓器同樣藉由反饋電路進行穩定化。
在這裡各加以詳細說明。
由於各有優點和缺點,因此該選擇何種方式必須考量平衡點。
電壓模式
電壓模式控制是最基本的方式。
透過反饋電路只歸還輸出電壓。
藉由以誤差放大器和基準電壓做比較後所差距之電壓再進一步與三角波做比較,決定PWM訊號之脈衝振幅來控制輸出電壓。
此方式之優點在於純電壓之反饋電路可進行較簡單之控制、可縮短ON時間、雜訊耐性高。
至於缺點方面,則是相位補償電路複雜可能使設計變麻煩。
圖47
電流模式
電流模式控制是來自電壓模式之改良。
電壓模式控制係一種取代欲使用之三角波來檢測電路之電感電流的使用方式。
亦可取代電感電流以電晶體之電流或電流感測電阻進行電流檢測。
反饋電路有電壓電路和電流電路兩方,控制雖變得比較複雜,不過有相位補償電路設計大幅簡單化的優點。
其他優點還有反饋電路穩定性高、負載暫態反應比電壓模式高速等。
缺點是由於電流檢測敏感故抗雜訊弱,不過最近此部分因內建於IC而問題變少。
圖48
遲滯控制(漣波控制)
遲滯(hysteresis)控御方式是腳位對需要更高速負載暫態反應之負載、例如CPU、FPGA等電源要求而開發之方式。
由於檢測並控制輸出之漣波,故亦稱為漣波控制方式。
此方式不透過誤差放大器而以比較器(Comparator)直接監控輸出電壓。
檢測超過或未超過已設定之門檻値後,由比較器直接控制開關ON/OFF。
方法有二種,一為在ON時間固定下檢測不超過之門檻値,一為在OFF時間固定下檢測超過之門檻値。
圖49
此方式之優點在於藉由比較器進行直接控制,故暫態反應極為高速、無須相位補償。
缺點雖然有開關頻率會變動、抖動(jitter)大、檢測輸出漣波需要ESR(等價直列電阻)較大之輸出電容,不過此部分已獲得改良,採用此方式之IC逐漸増加。
例如藉由在IC内部歸還原本出現於輸出之漣波而得以使用ESR小之陶瓷電容(ceramiccondenser),使輸出漣波變小。
圖50
<相關產品資訊>
開關穩壓器
恆on。
DC/DC控制方式
遲滯控制
電壓模式
電流模式
同步整流式輕負載時之效率改善功能
保護功能/序列功能
SiC功率元件
基礎篇
SiC蕭基特二極體
所謂SiC-SBD-特徵以及與Si二極體的比較
所謂SiC-SBD-與Si-PND的反向恢復特性比較
所謂SiC-SBD-與Si-PND的正向電壓比較
所謂SiC-SBD-SiC-SBD的發展歷程
所謂SiC-SBD-使用SiC-SBD的優勢
所謂SiC-SBD-關於可靠性試驗
何謂SiC-MOSFET
SiC-MOSFET的特長
功率電晶體的結構與特長比較
所謂SiC-MOSFET-與Si-MOSFET的區別
與IGBT的區別
何謂SiC-MOSFET-本體二極體的特性
何謂SiC-MOSFET-溝槽結構SiC-MOSFET與實際產品
何謂SiC-MOSFET-SiC-MOSFET的應用實例
何謂SiC-MOSFET-SiC-MOSFET的可靠性
前言
前言
使用通用電源IC實現電源時序控制的電路
何謂SiC(碳化矽)?
何謂碳化矽﹙SiliconCarbide﹚
SiC功率元件的開發背景和優點
全SiC功率模組
所謂全SiC功率模組
全SiC功率模組的切換損耗
運用要點
閘極驅動 其1
閘極驅動 其2
緩衝(Snubber)電容
應用要點
專用閘極驅動器和緩衝(Snubber)模組的效果
支援工具
全SiC模組損耗模擬器
總結
總結
応用編
SiCMOSFET:橋式結構中Gate-Source電壓的動作
前言
SiCMOSFET的橋式結構
SiCMOSFET的閘極驅動電路和Turn-on/Turn-off動作
橋式電路切換產生的電流和電壓
低側切換導通時的Gate-Source間電壓的動作
低側切換關斷時的Gate-Source間電壓的動作
總結
SiCMOSFET:閘極-源極電壓的突波抑制方法
什麼是閘極-源極電壓產生的突波?
突波抑制電路
Si功率元件
評估篇
透過雙脈衝測試評估MOSFET的反向恢復特性
什麼是雙脈衝測試?
透過雙脈衝測試評估反向恢復特性
誤啟動的發生機制
總結
Si二極體用的散熱性能出色的小型封裝“PMDE”評估
前言
基礎篇
前言
前言
Si二極體
所謂二極體-分類與特性
所謂二極體-整流二極體的特徵比較
所謂二極體-蕭特基二極體的特徵
所謂二極體-快速恢復二極體的特徵
Si電晶體
所謂電晶體-分類與特徵
所謂MOSFET-寄生電容及其溫度特性
所謂MOSFET-開關特性及其溫度特性
所謂MOSFET-閾值、ID-VGS特性及溫度特性
超接合面MOSFET
高耐壓超接合面MOSFET的種類與特長
所謂MOSFET-高速trrSJ-MOSFET:PrestoMOS™
同時具備MOSFET和IGBT優勢的HybridMOS
MOSFET規格相關的術語集
MOSFET的熱阻和額定損耗
可背面散熱的封裝
實際工作中的電晶體適用性確認
實際工作中的適用性確認和準備
確認在絕對最大額定值範圍內
確認在SOA(安全工作區)範圍內
確認在實際使用溫度降額後的SOA範圍內
確認平均功耗在額定功率範圍內
確認晶片溫度
總結
發揮其特長的應用事例
什麼是PFC
臨界模式PFC:利用二極體提高效率的例子
電流連續模式PFC:利用二極體提高效率的例子
LED照明電路:利用MOSFET提升效率並降低雜訊的案例
空調用PFC電路:利用MOSFET和二極體提高效率的案例
總結
總結
模擬
基礎篇
電子電路模擬基礎
何謂SPICE
SPICE模擬器和SPICE模型
SPICE模擬的類型
DC分析、AC分析、暫態分析
蒙特卡羅方法
SPICE模擬的收斂性與穩定性
SPICE模型的種類
SPICE元件模型
二極體範例 其1
二極體範例 其2
SPICE子電路模型
MOSFET範例 其1
MOSFET範例 其2
使用數學公式的模型
熱模型(ThermalModel)
什麼是熱動態模型(ThermalDynamicModel)
總結
ROHMSolutionSimulator
PFC電路的優化
前言
SolutionCircuit的PFC模擬電路
開關雜訊-EMC
基礎篇
EMC基礎
什麼是EMC
頻譜基礎
差模(常模)雜訊與共模雜訊
何謂串擾
開關電源產生的雜訊
雜訊對策
雜訊對策步驟
開關電源雜訊對策的基礎知識
開關電源的輸入濾波器
使用電容降低雜訊
電容的頻率特性
使用電容的雜訊對策
去耦電容的有效使用方法 要點1
去耦電容的有效使用方法 要點2
去耦電容的有效使用方法 其他注意事項
去耦電容的有效使用方法 總結
小結
使用電感降低雜訊
電感的頻率特性
使用電感和鐵氧體磁珠降低雜訊的對策
使用共模濾波器降低雜訊的對策
注意點:串擾、GND線反彈雜訊
總結
EMC基礎-總結
AC/DC
評估篇
評估絕緣型返馳式轉換器的性能和確認重點
所謂隔離型返馳式轉換器的性能評估和檢查要點
評估性能範例中所使用電源IC的概要和應掌握的特色
評估性能範例的設計目標和電路
使用評估用機板評估性能
測量方法和結果
重要確認重點
MOSFET的VDS和IDS、輸出整流二極體的耐壓
變壓器的飽和
Vcc電壓
輸出暫態響應和輸出電壓的波形
測量溫度和損耗
鋁質電解電容
總結
基礎篇
AC/DC基本知識
AC/DC基本知識
轉換方式
所謂開關方式
變壓器方式和開關方式的比較
平滑後DC/DC轉換(穩定化)的方式
所謂線性穩壓器
所謂返馳式
平滑後DC/DC轉換(穩定化)的方式
所謂順向式
所謂Buck(降壓、非絕緣)方式
設計AC/DC轉換電路的設計步驟(概要)
設計AC/DC轉換電路的設計步驟(概要)
確定要求規格
選擇控制(電源)IC
決定設計、周邊零件
試作、評估
量產設計、評估、出貨檢查
設計AC/DC轉換電路時的課題和討論事項
設計AC/DC轉換電路時的課題和討論事項
零件構成vs.電源IC
效率
小型化-零件數量、零件尺寸
保護功能
認證、規範等
總結
總結
設計篇
採用AC/DCPWM方式的返馳式轉換器設計方法
採用AC/DCPWM方式的返馳式轉換器設計方法概要
所謂隔離型返馳式轉換器
絕緣型返馳式轉換器的基本概念
所謂開關AC/DC轉換
所謂反馳式轉換器的特徵
返馳式轉換器的運轉和緩衝
所謂不連續模式和連續模式
設計步驟
決定電源規格
選擇設計上所使用的IC
設計絕緣型返馳式轉換器電路
設計變壓器(算出數值)
設計變壓器(設計構造)-之1
設計變壓器(設計構造)-之2
決定主要零件-MOSFET相關之1
決定主要零件-MOSFET相關之2
決定主要零件-CIN和緩衝電路
決定主要零件−輸出整流器和Cout
決定主要零件−IC的VCC相關
決定主要零件−設定IC、其他
EMI對策和輸出雜訊對策
機板配線範例
彙整
非隔離型降壓轉換器的設計案例
AC/DC 非隔離型降壓轉換器的設計案例概要
何謂降壓轉換器-基本工作及非連續模式和續模式
電源IC的選擇和設計案例
主要元件的選型
輸入電容C1與VCC用電容C2
主要零件的選型
電感L1
電流檢測電阻R1
輸出電容C5
輸出整流二極體D4
EMI對策
安裝PCB板佈局與總結
使用SiC-MOSFET的隔離型準諧振轉換器的設計案例
前言
設計中使用的電源IC
專為SiC-MOSFET最佳化
設計案例電路
變壓器T1的設計 其1
變壓器T1的設計 其2
主要零件的選型
MOSFETQ1
輸入電容和平衡電阻
用來設定過負載保護點切換的電阻
電源IC的VCC相關零件
電源IC的BO(Brown-out)引腳相關零件
緩衝電路相關零件
輸出整流二極體
輸出電容、輸出設定及控制零件
MOSFET閘極驅動調整電路
電流檢測電阻及各種檢測用引腳相關零件
EMI及輸出雜訊對策零件
PCB板佈局範例
案例中的電路和零件清單
評估結果
效率和切換波形
小結
提高AC/DC轉換器效率的二次側同步整流電路設計
前言
設計步驟
用於設計的IC
電源規格和替代電路
同步整流電路部分
同步整流用MOSFET的選型
電源IC的選擇
週邊電路零件的選擇-DRAIN引腳的D1、R1、R2
週邊電路零件的選型-MAX_TON引腳的C1、R3以及VCC引腳
分流穩壓器電路部分
週邊電路零件的選擇
故障排除(TroubleShooting)①
當二次側MOSFET立即關斷時
故障排除(TroubleShooting)②
當二次側MOSFET在輕載時因諧振動作而導通時
故障排除(TroubleShooting)③
當VDS2受突波影響超過二次側MOSFET的VDS耐壓時
二極體整流和同步整流的效率比較
安裝PCB板佈局相關的注意事項
總結
DC/DC
基礎篇
線性穩壓器的基礎
線性穩壓器的基礎
線性穩壓器的工作原理
線性穩壓器的分類
線性穩壓器的電路構造和特徵
優點和缺點、應用
線性穩壓器的重要規格
效率和熱計算
開關穩壓器的基礎
開關穩壓器的基礎
開關穩壓器的種類
優點和缺點、與線性穩壓器之比較
降壓型開關穩壓器的工作原理
補充-同步整流降壓轉換器工作時的電流路徑
同步整流型和非同步整流型的不同
同步整流式輕負載時之效率改善功能
控制方式(電壓模式、電流模式、遲滯控制)
保護功能/序列功能
開關頻率的考慮點
Vin低於Vout時的動作
補充-保護功能:輸出預偏置保護
總結
總整理
設計篇
配置DC/DC轉換器的機板電路
DC/DC轉換器的機板電路配置概要
降壓轉換器運轉時的電流路徑
開關節點的振鈴
輸入電容和二極體的配置
電感的配置
散熱孔的配置
輸出電容的配置
反饋路徑的配線
接地
銅箔的阻抗﹙resistance﹚和電感﹙inductance﹚
雜訊對策
拐角佈線、傳導雜訊、輻射雜訊
緩衝電路、自舉電阻、閘極電阻
小結
DC/DC轉換器之電感和電容的選擇
DC/DC轉換器之電感和電容的選擇概要
降壓轉換器的基本工作
電感的選擇
輸出電容的選擇
輸入電容的選擇
總整理
補充-輸入電容的選型
升壓型DC/DC轉換器的PCB佈局
PCB佈局設計的重要性
升壓型DC/DC轉換器的電流路徑
安裝PCB板佈局的步驟
輸入電容的配置
電感的配置
輸出電容和續流二極體的配置
散熱孔的配置
回饋路徑的佈線
接地
同步整流型的佈局
銅箔的電阻和電感
總結
評估篇
開關式穩壓器的特性和評估方法
開關式穩壓器之特性和評估方法概要
開關式穩壓器的基本
開關式穩壓器的種類
降壓運作原理
同步式和非同步式的不同
自舉式電路
輸出反饋控制方式
PWM和PFM
重要特性-IC規格
重要特性-電源特性
電源IC數據表的解讀法
封面、方塊圖、絕對最大額定和建議工作條件
電氣特性的關鍵
特性圖、波形的看法
應用電路例
零件選擇
輸入等價電路
消耗功率
開關式穩壓器的評估
輸出電壓
負載調整率
負載暫態響應之檢討、測量方法
電感電流之測量
效率之測量
損耗探討
前言
定義和發熱
同步整流降壓轉換器的損耗
同步整流降壓轉換器的傳導損耗
同步整流降壓轉換器的開關損耗
同步整流降壓轉換器死區時間的損耗
同步整流降壓轉換器的控制IC功率損耗
同步整流降壓轉換器的閘極電荷損耗
電感的DCR帶來的傳導損耗
電源IC的功率損耗計算範例
損耗的簡單計算方法
封裝選型時的熱計算範例1
封裝選型時的熱計算範例2
損耗因素
探討透過提高切換頻率來實現小型化時的注意事項
探討高輸入電壓應用時的注意事項
探討高輸出電流應用時的注意事項 其1
探討高輸出電流應用時的注意事項 其2
小結
応用編
LDO線性穩壓器的並聯
何謂LDO線性穩壓器的並聯
使用二極體並聯LDO
使用鎮流電阻並聯LDO
總結
線性穩壓器的簡易穩定性優化方法
階躍響應法
階躍響應波形範例
階躍回應波形和相關零件常數
馬達
基礎篇
馬達和馬達驅動概述
前言-馬達驅動器所要求的四大要點
馬達的種類與分類
各領域的馬達驅動系統概述
小型馬達的結構
傳送函數
DC/DC轉換器:對各控制系統轉移函數的共通化
前言
前言
何謂轉移函數
所謂傳遞函數-傳遞函數和匯出的基本概念
所謂傳遞函數-克希荷夫定律和阻抗
所謂傳遞函數-頻率特性
何謂放大器的轉移函數
誤差放大器、電壓放大器、電流放大器之轉移函數的導出
放大器的轉移函數:放大器的虛短路﹙Virtualshort﹚
斜率的轉移函數
電壓模式的轉移函數
電流模式的考察
電流模式的轉移函數及各模式的總整理
電流模式Fm的導出
次諧波振動的理論解析
補償三角波的斜率須為下斜率1/2以上的理由
所謂開關的傳遞函數
基礎降壓模式轉移函數的導出
狀態平均法
狀態平均法-靜態解析
狀態空間平均法-動態分析
狀態空間平均法-換個角度看
各轉換器的轉移函數
前言
降壓轉換器的匯出示例
升壓轉換器的導出例
升降壓轉換器的傳遞函數匯出範例 其1
升降壓轉換器的傳遞函數匯出範例 其2
開關的啟動阻抗對傳遞函數的影響
總結
總結
關鍵字
SiC
電磁相容性
EMS
傳導雜訊
隔離型AC/DC轉換器設計
碳化矽
準諧振轉換器設計
電源損耗
IGBT
SiC-MOSFET
SiC-SBD
射極/輻射雜訊
EMC
AC/DC轉換器設計
SJ-MOSFET
MOSFET
振鈴
電源雜訊
電磁干擾
EMI
基本知識
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