串联电容降压变换器的测试结果

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我们在前面提到 我们这个串联电容 Buck 电路 一些主要的工作原理以及它的一些好处 那么我们这一节主要要介绍一下 它的测试的一些结果 我们首先来看 这个是我们 TI 专门针对于这种新型拓扑 所推出的一个控制器 它是集成了所有我们这个拓扑 所需要的各种的必须要元件 我们这个芯片是采用了 一个自适应的恒定导通时间的控制方法 那么它能够给我们系统 一个更高的动态响应 以及它纯粹是依靠 我们内部的一个环路补偿 右边是我们这个芯片的一个简单的框图 我们可以看到 我们的一个反馈电压 一般会接到我们的 FB 脚上 然后反馈电压会输入到我们的芯片内部 然后经过误差放大器 误差放大器同时也会 接受一些输入的电压信息 做一些前馈的控制 那么由这个误差放大器作为做完补偿之后 然后来产生一个导通时间的控制 同样的话我们这个芯片 也是提供一个同步的功能 也就是说可以由外面输入一个 PWM 信号 来跟我们的系统的开关频率做一个同步 前面我们提到 我们这个串联电容 Buck 电路 它的一个最大的优点就是 能够把我们的整个系统 一个开关频率提升 简而言之一个最大的好处就是 它能够把我们整个系统的尺寸给降低下来 那么我们这里做了 一个对于它的电流密度的比较 市面上现在常见的这些工业的电源产品 它们的电流密度一般都是 不会大于 20A/cm³ 的 但是像我们的 TPS54A20 也就是我们这颗定制的 专门用于串联电容 Buck 电路的一个芯片 那么它所做成的一个电源模型 它的整个的电流密度 就能够上升到超过 60A/cm³ 右边是我们评估板的一个简单的照片 那么它整个板子它的尺寸 它是不会超过 1.2mm 的高度 但是下面第二个图 它是给出了一个普通的 500kHz 的 Buck 电路 那么它的电感 仅仅是电感的一个高度 就有可能是 4.8mm 的高度 所以说从电流密度的方向来考虑的话 我们这个新的串联电容 Buck 电路 它的做出来的原型机 比现在市面上现有的电源模块 它的电流密度 它能够提升三到七倍 关于效率 这个是大家最关心的一个问题 开关频率提升确实会带来开关损耗的增加 那么对于我们这个串联电容 Buck 电路 它的一个效率是怎么样的呢 我们可以看到这边是有一个图 我们这里实际上是做了一个对比 同样的条件下都是作为 12V 的输入、1.2V 的输出 那么有一个是 530kHz 的传统 Buck 电路 那么有一个是我们 开关频率是 2MHz 的一个 TPS54A20 做了一个串联电容 Buck 电路拓扑 也就是我们前面提到的那个电源模块 那么我们测下来 它的整个电源的一个效率曲线的话 就会发现传统的 530kHz 的 Buck 电路 它的效率也就是在半载的时候 大约也是会接近一个 87% 到的一个点 那么满载的时候 甚至于只有 83%、84% 的一个效率 那么用了我们这个 串联电容 Buck 电路的一个电源模块 所得的一个效率曲线 在整个电流负载段 都是比我们的传统的 Buck 电路效率要高 那么在半载的时候 我们的效率可以达到大约 87%、88% 然后在满载的时候也是接近于 84% 也就是说在半载的时候 我们可以效率提升到一到两个点 那么在满载的时候至少提升一个点 在这样的条件下 我们的开关频率可以提升四倍 那么就意味着我们的电源模块 可以做到一个更小的体积 第三个测试结果就是一个动态响应的结果 前面我们提到串联电容 Buck 电路 它的一个最大优点就是 它内置一个无源的电流自动均衡的机制 那么对于这种特性 我们实际的效果是怎么样呢 我们做了一个实验结果 那么这是一个 12V 输入、1V 输出 这是一个 500A/μs 的空满载的切换 2MHz 每路的一个开关频率 我们左边这一路是一个 由 0A 跳到 10A 的满载跳变 我们可以看到在电流跳变这个瞬间 输出电压有跌落 但是我们 A、B 两相的电感电流 却匹配得很好 包括在由 0A 上升到各自相电流 也就是 5A 左右的时候 整个动态时间之内 每相电流都匹配得非常好 那么对于另外右边这个图 这是由满载跳变到 0A 的一个过程 也就是说当我们的满载突然卸掉的时候 我们可以看到输出电压有一个波动 但是我们每相的电感电流 依然是跟随得非常好 也就是说两路的电流匹配得非常好 那么整个动态响应的话 对于我们输入电压来说 它的一个动态响应的速度也是非常快 那么输出电压的纹波会小于 25mV 的波动 那么整个的恢复时间也是小于 4us 所以说这个就是由于 我们的 2MHz 高频所带来的 一个快速响应的好处 电感电流的一个角度来看 也就是两相的一个电感电流在动态 包括空载到满载、满载到空载的时候 这两个动态的时候 它们电流均衡都是非常好的
课程介绍 共计7课时,42分47秒

串联电容降压变换器的设计

功率密度 高频降压变换器 开关损耗 开关频率 串联电容降压变换器

本课程介绍了一种新型的高频降压变换器,它能够极大的降低开关管的开关损耗,提升系统的开关频率,从而使整个开关电源的体积缩小,功率密度提高。本课程将会介绍此拓扑的各种工作模式,优点以及设计原则
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讲师

讲师: TI_YingyangOu

德州仪器 TI 电源参考设计(PDS) 系统应用工程师。致力于实际电源系统的应用与研究。曾从事数年电源产品在通讯设备、消费电子领域的研发工作。曾在国内外期刊和杂志发表文章4篇,并获得过五项美国专利。拥有华南理工大学电力电子硕士学位。

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