DCDC输出电压纹波分析及改善详解-KIA MOS管
纹波
电源输出交流纹波可以视为是直流输出叠加一个交流成份;从图中可以看出,纹波中包括了两个交流成份:
一个是频率为两倍工频输入电压的正弦波,这是由交流输入整流电路引起的;另外一个是由开关电源导通和关断引起的纹波,其频率等于开关电源的工作频率。
DDR等要求的纹波大小:
纹波过大的弊端:
1.导致输入电平判别错误;
2.导致器件工作异常;
3.在音频中导致输出噪声;
4.射频电路导致指标恶化如EVM。等等…
滞后模式DCDC设计电路
典型DCDC设计如下,看起来很简单,但是经常出现问题。
最常见的DCDC结构,滞后模式DCDC控制,原理就是Vout输出电压经过R1和R2反馈之后,给到Vsense引脚,引脚和内部参考电源比较后给到PH引脚内部MOS控制信号,来起到调节输出电压的作用。所以此工作模式下是需要纹波电压的。
后续DCDC的发展
后续DCDC发展为了适应不同场景,逐渐发展出了不同的技术,例如TI的DCAP和其他厂商的COT功能DCDC。这些方案的提出都是基于前面滞后模式DCDC的基础。
带COT的DCDC
COT 指的是恒定导通时间;ACOT指的是自适应恒定导通时间。这些都是为了提升瞬态响应而来的,最终我们看到的结果就是纹波减小了。
瞬态响应也就是动态指标,就是负载在急剧变化时,导致输出电压波动很大,也就是纹波很大;简单理解就是DCDC输出功率是一定的,但是在一瞬间DCDC输出负载很大,而功率一定,导致输出电压降低,这种情况是我们不需要的。
而之前滞后控制的DCDC因为是逐周期控制的,所以必须要等到下一个周期才能调整;但是新的COT模式下,我们可以调整周期,使得尽快调整输出电压,进而在短时间内恢复正常电压,也就是最终我们看到的纹波很小。
如上图中的C5电容就是前馈电容,此电容的加入使得交流波形更快的进入电源反馈端,而DCDC内部接收到这个信号,很快的进行调整;图中显示的是OPEN状态,但是实际上我们很多场景下都需要增加这个电容,特别是负载是CPU、GPU或者射频类芯片。
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