如何更好的設(shè)計(jì)PWM DC

在直流電路當(dāng)中，使用的較多的技術(shù)非DC-DC莫屬，它能夠使電壓值的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)電壓值電能。電源設(shè)計(jì)當(dāng)中的DC-DC變換器模塊就是基于這種技術(shù)，它能夠簡化電路的設(shè)計(jì)，并且縮短產(chǎn)品的研制周期。與PWM結(jié)合之后，DC-DC就能更好的對(duì)模擬電路進(jìn)行控制。那么如何能更好的完成PWM DC-DC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)呢？

PWM DC-DC的組成核心電路共分兩大部分，分別是ramp/pulse oscillator和error amplifier。ramp/pulse oscillator的難點(diǎn)在于造出一個(gè)具有高線性度的ramp waveform,電路雖然不難，但做到最佳卻頗具難度。通常為了維持高線性度，大都會(huì)額外再加個(gè)補(bǔ)償電路來解決。

而error amplifier,目前有type II和typ III兩種補(bǔ)償架構(gòu)，而要如何決定type II及typeIII補(bǔ)償電路中的R及C值就需考量整體DC-DC。

error amplifier看似簡單，但是 R和C的值卻會(huì)決定整個(gè)DC-DC系統(tǒng)的穩(wěn)定度與效能。所以，若然不是非常了解整個(gè)理論基礎(chǔ)，就冒然的定出R、C值是非常不明智的。

在做DC-DC電路前，根據(jù)所input voltage、output voltage、Iload 范圍，用編好的excel來計(jì)算出要使用的電感、電容值、type II或者type III補(bǔ)償R和C值各為多少后，用simplis仿真驗(yàn)證，然后才用spectre來做各個(gè)子電路的模擬。不過，用spectre來作模擬所需時(shí)間實(shí)在很長。

DC-DC電路中，最難的當(dāng)屬PWM的error amplifier,只要R、C值沒決定好，整個(gè)系統(tǒng)的performance都會(huì)受到影響，在不斷的調(diào)整中才會(huì)漸漸理出個(gè)頭緒出來，要想定出R和C值，真的要熟悉整個(gè)PWM的理論架構(gòu)。

PWM的DC-DC的gm不能過高或者過低，而是要搭配系統(tǒng)來采用type II或者type III的補(bǔ)償網(wǎng)路、L和C值以及操作頻率所計(jì)算出來的。因此，gm值是依據(jù)系統(tǒng)規(guī)格所計(jì)算出來的一項(xiàng)規(guī)格，而不是隨意定出來的值。

對(duì)于error amplifier,它的考量點(diǎn)乃在于外部電感、電容、ESR所組成的三階filter的pole,再配合分壓電阻的gain、PWM的gain、error amplifier本身的gain、phase。因此并不是error amplifier的gain夠高，phase margin夠?qū)捈纯伞２⑶乙浜险麄€(gè)loop的gain以及phase去算出來，才能夠知道error amplifier的gain和phase margin值是多少，尤其是phase margin,PWM的stability決定了error amplifier的phase margin。

除了errr amplifier外，最麻煩的當(dāng)屬protection circuit,在DC-DC電路中用到很多protection circuit,如soft-start circuit、under voltage lock out、 current liming circuit、thermal shut-down circuit、 over current protection、zero current protection等等，各有不同的保護(hù)對(duì)象與條件。處理不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致DC-DC 系統(tǒng)癱瘓，而且各個(gè)protection機(jī)制又有優(yōu)先權(quán)的區(qū)分，所以這些protection circuit是最麻煩處理的。

目前的系統(tǒng)中絕大部份會(huì)有PWM和PFM兩種switching regulator。在正常的PWM模式下操作，如果系統(tǒng)是省電模式，則會(huì)進(jìn)入PFM.這是因?yàn)镻WM和PFM兩者在輕/重負(fù)載下各有其優(yōu)缺點(diǎn)，以往的系統(tǒng)幾乎都只工作在PWM下。

POWER DEVICE的metal bus width絕大部份都是以average current來估算的，仍要小心避免其transient peak current過大，和流過的時(shí)間過長的問題。因?yàn)橐坏﹖ransient peak current的值過大，且維持的時(shí)間過久，仍然有可能會(huì)把meal給燒斷掉。

從核心電路開始，本篇文章對(duì)PWM DC-DC系統(tǒng)設(shè)計(jì)給出了整體的建議，希望大家在閱讀過此篇文章之后，能對(duì)PWM DC-DC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有進(jìn)一步的了解。