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BUCK芯片更卓越之路——LDO模式新优化，，，，顺应更宽规模输入电压
时间:2024-07-12
泉源: 金狮贵宾会科技
降压电路能够有用的将较高的直流输入转换为较低的直流输出，，，，提供稳固的电流和电压输出。。。BUCK芯片、LDO作为两种普遍应用的拓扑结构，，，，因其差别特征在差别供电系统中各司其职。。。
BUCK芯片因其高转换效率成为工程师们的首选，，，，尤其在输出较大电流时；；；；；LDO（低压差线性稳压器）可以支持更小压差的降压转换，，，，且输出电压更稳固，，，，但无法支持较大负载场景。。。
一、BUCK电路的挑战
随着各个领域衍生出的智能产品层出不穷，，，，电源系统也在逐渐进化，，，，电源芯片生长出了更宽的事情输入电压。。。
关于既定的输出电压，，，，当输入电压上限提高时，，，，选择更高耐压品级的DCDC可以解决；；；；；当输入电压的下限要求更低时，，，，BUCK电路受限于拓扑限制，，，，需要关闭上管MOS开通下管MOS给BOOT电容充电，，，，进而维持上管开通所需的Vgs电压。。。
因保存Mini_off时间从而引出了最大占空比问题，，，，从下列公示可以清晰的看出Toff越大，，，，D越小，，，，Vout越�。。。杭�最大占空比影响着芯片的最大输出电压
在此限制下BUCK电路举行低压差降压转换时，，，，会泛起输出电压压降过大甚至动态响应变差、输出纹波大的问题。。。此时想到LDO——针对低压差应用而生的降压芯片，，，，若是把LDO的优势融入到BUCK芯片中，，，，尽可能扩大BUCK电路的最大占空比，，，，无疑是一个很好的解决计划。。。
二、LDO模式崭露头角
在电池供电、USB供电等一些场景，，，，需要输入电压最小事情值略高于输出电压高零点几伏，，，，此时受最大占空比限制，，，，在输入电压的最低点，，，，输出电压将无法维持设定值。。。
金狮贵宾会科技针对这一需求，，，，开发了极限占空比控制手艺，，，，可以支持靠近100%占空比事情模式。。。在这种模式下，，，，芯片通过自顺应降低事情频率，，，，减小上管Mini_off时间在一个开关周期内的占比，，，，进而提高了最大占空比。。。这种Low Drop-out Operation即LDO模式，，，，有用解决了需要举行低压差转换的应用需求。。。下图1即为金狮贵宾会SCT2450Q的LDO模式体现：
图1 SCT2450Q在设定输出5V时的LDO模式体现
当SCT2450Q设定5V输出电压，，，，空载事情波形如图2，，，，输入5V可以维持5V稳固输出，，，，事情频率降低到1.6kHz，，，，此时输出纹波132mV；；；；；随着负载增大到5A，，，，输入电压5V稳固时如图3，，，，事情频率降低到1kHz以下输出电压4.4V，，，，此时输出纹波960mV。。。
图2 Vin=5V Vout=5V Fsw=1.639kkHz Vo_pp=132mV 
图3 Vin=5V Vout=4.4V Fsw=735Hz Vo_pp=960mV
从上述测试可以看出，，，，LDO模式下开关频率被压榨到1kHz以尽可能增大占空比，，，，空载时可以抵达100%，，，，现实测试发明了新的问题：电感啸叫，，，，这一点从SW的频率上也能发明。。。在输入电压更低时，，，，开关频率落入20kHz以下的人耳可听的频率规模，，，，引发电感啸叫。。。因此我们需要给上管MOS提供足够的开启电压，，，，阻止上管的关断爆发的SW低频开关。。。最简朴有用的步伐就是增添一起隔离5V给BOOT-SW供电，，，，包管上管驱动电压维持在5V从而支持上管�？？？？？？�，，，，此时BUCK芯片事情在直通模式。。。
可是增添一起特另外隔离电源会增添很大的板面积以及本钱，，，，若是使用准时器爆发方波，，，，或者板上有二级BUCK事情在CCM模式或轻载FPWM模式，，，，提供通过二极管和电容爆发倍压电路给到BOOT-SW从而包管BOOT电压。。。
图4 Vin=5.6V Vout=4.95V Iout=5A Vo_pp=900mV
图5 Vin=5V Iout=0A-5A-0A Vo_pp=1.9V
我们用准时器搭建对BOOT-SW维持5V供电的电路举行测试，，，，由于低压差时芯片直接事情在直通模式，，，，空载和带载只有6mV的输出纹波，，，，可是直通模式下由于没有环路调理，，，，如图4临界状态的输出纹波有900mV，，，，图5所示的直通模式下动态响应纹波高达1.9V。。。
三、新一代LDO模式升级
综合，，，，LDO模式解决了BUCK电路低压差场景的事情问题，，，，但当输入电压进一步降低时仍然保存问题；；；；；而通过增添外围电路方法虽然可以解决，，，，但同时增添了特另外板面积以及本钱。。。
金狮贵宾会开发第二代BUCK芯片的LDO事情模式，，，，在实现降频事情的基础上，，，，同时限制最低事情频率，，，，避开人耳可听噪声频段，，，，从芯片自身层面解决现实应用中带来的困扰。。。金狮贵宾会40V家族产品SCT2434Q(3A/3.5A), SCT2464Q(6A),60V家族产品SCT2632B (3A), SCT2630B(3.5A)等均加入了针对性优化的第二代LDO事情模式，，，，下面我们以SCT2464Q为例，，，，看看新一代LDO模式现实体现。。。
图6 Vin=5V Vout=4.9V Fsw=96kHz Vo_pp=12mV
图7 Vin=5V Vout=4.6V Fsw=96kHz Vo_pp=15mV
同样设定SCT2464Q的输出电压为5V，，，，在输入电压5V的情形下，，，，输出空载时如下图6事情频率96kHz，，，，输出纹波12mV；；；；；带载5A时如下图7事情频率96kHz，，，，输出纹波15mV。。。
同样使负载从0A~5A~0A切换，，，，从下图8可以看到动态响应能力也显着提升，，，，动态响应纹波只有1V。。。
图8 Vin=5V Io=0-5-0A时的动态响应
找到输入电压在大于5V的临界点，，，，增大输入电压让芯片由LDO模式进入BUCK模式，，，，再减小输入电压使其回到LDO模式，，，，从图9可以看到在整个转变历程中，，，，输出一直维持稳固状态，，，，最大输出纹波也仅仅只有40mV。。。
图9 Io=5A时 LDO-BUCK-LDO临界模式切换
我们把第一代LDO模式，，，，第一代LDO+外部BOOT电压模式，，，，第二代LDO模式的各项测试数据做成如下比照表格，，，，可以更周全、直观的看到细节上的手艺升级给现实应用带来的性能提升。。。
别的，，，，除了通例的buck应用外，，，，这种直通模式应用还可以作为efuse功效，，，，当做短路和过流保�；；；；て骷�。。。
金狮贵宾会科技坚持对电源产品开发的极致追求 一直迭代对占空比控制、EMI优化、音频滋扰抑制等一系列手艺计划
一连为客户创立更大价值提供更好的效劳。。。
