高效、低纹波DCS-Control实现无缝PWM节能转换

持续最小“导通”时间的单个开关脉冲，把最小能量传输至输出端，从而实现最小输出电压纹波。随着轻负载电流增加，单次脉冲更加靠近，并增加开关频率至音频带之上，其速率高于其它节能拓扑。其它拓扑在节能模式下使用数组或者连续脉冲，导致脉冲期间输出端的能量更大。由于输出电压降回其设置点需要花费更长的时间，因此脉冲的间隔更大，从而使有效频率在音频范围内的时间更长。DCS-Control的单脉冲构架，让其可以工作在音频带以上，并且负载电流小于其它拓扑。

当负载增长到一定程度、单次脉冲之间没有时间间隔时，在比较器告诉高侧MOSFET再次开启以前电感电流不会返回零。DCM边界处出现这种负载状态，届时，转换器退出节能模式，进入PWM模式。

节能模式的输出电压纹波

组合使用节能模式(最小“导通”时间的单次脉冲)和达到零电感电流时进入PWM模式，让DCS-Control拓扑比其它拓扑更加灵活，从而实现更加简单的配置，最终满足系统要求。例如，思考一个12V输入和3.3V输出的系统在节能模式下的输出电压纹波情况。TI的TPS62130评估模块(EVM)工作在2.5MHz设置下，用于图2来演示如何通过增加外部电感和输出电容减少这种纹波。无负载状态用于显示节能模式下的极端输出电压纹波。

图2 TPS62130的输出电压纹波

图2a显示了已经很低的26mV峰值到峰值输出电压纹波，即3.3V输出电压的0.8%，其使用默认电路得到。由于在每个开关脉冲期间传输的能量相同，因此增加输出电容可以减少输出电压纹波。输出电容更高，固定能量带来的电压纹波也就越少(图2b)。由于“导通”时间不变，因此增加电感可以降低开关脉冲内达到的峰值电流。低峰值电流存储的能量也更少(E= ½ × L × I2)，因此传输至输出的能量也更少，从而再一次降低了电压纹波(图2c)。注意，每个电路的“导通”时间相同，因为其为器件的内部固定值，无法通过外部组件改变。

工程师还可以设置通过调节电感进入节能模式的负载电流，其把边界更改为DCM。更大的电感带来更小的电感电流纹波，其意味着，电感电流保持在零以上，导致更低的输出电流电平。它可以让节能模式的进入点和输出电压纹波满足各种特殊需求，从而让这种拓扑可以用于各种应用中，包括那些对噪声高度敏感的应用，例如：医疗或者工业应用中的低功耗无线发射器和接收器、消费类设备的便携式电源以及固态硬盘电源。瞬态响应

由于DCS-Control拓扑通过VOS引脚检测实际输出电压，因此其非常适合于对负载瞬态做出响应。该信号直接馈给比较器，并不通过带宽限制误差放大器传输，不影响“导通”时间。因其迟滞特性，DCS-Control拓扑的负载瞬态响应更迅速，而器件100%占空比又进一步增强了它的这种能力。

在这种模式下，只要输出电压恢复需要，器件便可以让高侧MOSFET保持开启。换句话说，比较器的“导通”时间要求得到完全满足。图3显示了TPS62130 EVM通过其100%占空比对无负载到1A负载瞬态做出响应的情况。在瞬态开始和高侧MOSFET开启时之间的300ns时间延迟意味着，瞬态响应几乎完全受大信号问题(电感)的限制，而非小信号问题(控制拓扑)。因此，DCS-Control拓扑并非是器件瞬态响应能力局限的主要方面;在使用特定输出滤波器组件时，它实现了优异的瞬态响应。

图3 瞬态响应期间TPS62130 EVM的100%占空比模式

无缝转换

在前面，我们注意到，在DCS-Control拓扑中，仅一个电路控制PWM和节能模式。它实现了两种控制模式之间的迅速且无缝的转换。另外，当电路的工作状态接近两种模式之间的边界时，它仍然拥有更高的性能。由于不存在模式开关，因此便没有输出脉冲干扰。

图4把TPS62130的模式转换性能同使用另一种控制拓扑的器件进行了比较。在类三角模式下，负载电流(绿色表示的底部线条)范围为10mA到1A。我们同时观察到了扰动或者干扰电感电流和输出电压纹波。

图4 PWM模式到节能模式转换

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