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1、DC开关电源脉宽调制芯片的低功耗设计电子科技2006年第6期(总第201期AC/DC开关电源脉宽调制芯片的低功耗设计田锦明,王松林,来新泉,王留杰(西安电子科技大学CAD研究所,陕西西安710071)摘要基于AC/DC开关电源PWM控制芯片的工作原理,分析了其产生功耗的主要来源,提出了两种减小芯片功耗的方法,一是采用电流源和电流沉串联方式构成的输出驱动电路,通过消除CMOS电路的瞬态短路导通现象,降低该电路模块的功耗;二是采用跳周工作模式,使芯片在轻载和空载情况下,降低功率开关管的开关损耗.关键词交流/直流(AC/DC);开关电源;低功耗;跳周模式中图
2、分类号TN492LowPowerDissipationDesignofAC/DCSwitchedModePowerControllerTianJinming,WangSonglin,LaiXinquan,WangLiujie(InstituteofElectronicCAD,XidianUniversityXi'an710071,China)AbstractThispaperanalysesthemaincausesofpowerdissipationandpresentstWOmethodsfordecreasingthepowerdissipati
3、onofthecircuitbasedontheoperationprincipleofAC/DCswitchedmodepowercontroller.Onemethodistoadopttheoutputdrivercomposedofthecurrentsourceandcurrentsinkinseries,whichreducesthepowerdissipationinthismodulebyeliminatingthetransientshoacurrentexistingintheCMOSunit.TheothermethodiStoe
4、mploytheskipcyclemode,whichreducesswitchingdissipationofthepowerMOSFETandprovidesimprovedefficiencyatlightloadsorempty,KeywordsAC/DC;switchedmodepowersupply;lowpowerdissipation;skippingcyclemode1引言在未来的几年里,便携电子产品市场的成长是电源管理技术进步的主要推动力,人们对更高效率,更高电源密度,更小占用面积,更大可靠性和更低成本解决方案的无休止追求,对电源设
5、计提出了全新的要求.要满足这些新要求,离不开电源设计的创新和新一代电源控制芯片的鼎立相助.AC/DC(交流/直流)开关电源高频化,高电压,大收稿日期:2005—10—17作者简介:田锦明(1969一),男,工程师,硕士研究生.研究方向:电力电子技术的研究与电源变换器电路的设计.王松林(1962一),男,教授,副主任.研究方向:集成电路设计与系统的优化设计.来新泉(1963--),男,博士,教授.研究方向:集成电路设计,EDA软件开发的科研和教学工作.王留杰(1980--),女,硕士研究生.研究方向:电源管理类芯片的设计与研究.电流是其发展的方向,这就对
6、内部高密度安装电路设计提出了很高的要求.高频,高压,大电流开关使得电源工作损耗增大,限制了AC/DC变换器模块化的进程,因此必须采用系统优化设计方法,才能使其工作效率达到一定的满意程度.一个系统要降低功耗,从系统的观点来看,一是要考虑到待机和轻载情况,效率是第一位的,因为空载时开关管导通损耗几乎为零,所以损耗基本上是MOS开通和关断的损耗.很明显最简单的方法就是减低空载时的开关频率,同时关断部分模块的功能,采用跳周模式,即降低开关周期数¨,可以把电源的功耗降到几毫瓦;二是要做到正常工作时保证系统效率尽可能的高.为了达到这点,采用电流源和电流沉串连方式构
7、成的低功耗输出驱动电路J,可使驱动电路的功耗降低约16%.7AC/DC开关电源脉宽调制芯片的低功耗设计2低功耗驱动电路脉冲宽度调制(PWM)控制器是开关电源的核心,它工作时需要功率.集成电路内部的功耗由其内部各电子模块(时钟,比较器,驱动器等)的功耗组成,驱动电路的功耗又取决于MOSFET的栅极电荷量和开关频率.驱动MOSFET的平均电流(不包含驱动器的效率,并忽略各种电压降)为l=foscQJ2其中,,Osc为最大开关频率(Hz);Q为MOSFET的栅极电荷(C).当功率MOSFET工作于低频条件下的开关状态时,MOSFET很高的输入阻抗就意味着驱动
8、功率MOSFET仅需要很低的电流水平,只要通过施加电压就可以使功率MOSFET工作于开关状态.
