Даже в импульсных источниках питания с фиксированной частотой переключения последовательность импульсов не всегда непрерывна. В некоторых случаях импульсы по разным причинам пропускаются. Это важно учитывать при оценке пульсаций выходного напряжения и электромагнитных помех.
Импульсный регулятор напряжения, как правило, работает с регулируемой или фиксированной частотой переключения. Ее значение обычно указывается на первой странице технического описания микросхемы импульсного регулятора. Выбранная для схемы источника питания частота переключения важна, поскольку она влияет на размеры и стоимость внешних пассивных компонентов. Кроме того, частота переключения влияет на достижимый КПД преобразования. Для всей электронной схемы в целом, то есть не только для преобразователя энергии, но и для других сегментов схемы в системе, выбранная частота переключения также важна. Частота коммутации обычно выбирается в таком диапазоне частот, в котором система в целом наименее чувствительна к помехам. Через емкостные и индуктивные связи, обусловленные паразитными эффектами на печатной плате, частота переключения источника питания обычно проникает во многие сегменты электрической схемы.
При испытаниях реальной схемы после правильного выбора частоты переключения разработчики схем часто бывают сильно удивлены. Разработанная схема часто переключается не так, как ожидалось, при выбранной частоте переключения. Этому есть две общие причины.
Пакетный режим
Во многих приложениях требуется очень высокий КПД преобразования, даже при низких выходных нагрузках. Если требуемая выходная мощность составляет всего несколько милливатт, ток питания самого импульсного регулятора оказывается существенно непропорциональным выходному току. Это особенно актуально, если коэффициент полезного действия выражается в процентах. Для повышения КПД в таких случаях в микросхеме импульсного регулятора часто предусматривается специальный пакетный режим. На Рисунке 1 показана зависимость напряжения импульсного регулятора от времени в пакетном режиме. Коммутационный узел переключается один раз, после чего переходит в более длительную фазу паузы. Во время этой фазы паузы многочисленные функции микросхемы импульсного регулятора переводятся в спящий режим, в котором потребляется лишь очень незначительное количество подаваемой энергии. На Рисунке 1 показаны напряжение в коммутационном узле VSW, ток дросселя IL и выходное напряжение VOUT.
 |
|
| Рисунок 1. | Концепция пакетного режима в импульсном источнике питания. |
При работе в пакетном режиме пульсации выходного напряжения выше. Они имеют гораздо более низкую частоту, чем пульсации напряжения, определяемые частотой переключения в нормальном режиме работы. В зависимости от микросхемы преобразователя напряжения и условий работы схемы, работа в пакетной фазе осуществляется с очень небольшим количеством импульсов – например, с одним или несколькими (Рисунок 2). Обычно генерируется столько импульсов, сколько необходимо, чтобы выходное напряжение достигло заданного верхнего порога. Затем следует пауза, которая длится до тех пор, пока выходное напряжение не опустится ниже минимального порога. Здесь во время генерации импульсов переключение по-прежнему происходит с выбранной частотой, но в спектре также появляется гораздо более низкая частота, определяемая фазами пакета и паузы.
 |
|
| Рисунок 2. | Моделирование импульсного понижающего регулятора LT8620 в пакетном режиме с помощью LTspice. |
Режим пропуска импульсов
Другой режим – режим пропуска импульсов. Он встречается в различных типах преобразователей энергии. Во многих схемных решениях всякий раз, когда в коммутационном узле возникает импульс, определенное количество энергии, рассчитанное на основе минимального времени включенного состояния, переносится с входной стороны на выход преобразователя энергии. Однако если в этот момент нагрузке не требуется энергия или требуется лишь небольшое ее количество, выходное напряжение повышается. Чтобы предотвратить слишком большой рост выходного напряжения, некоторые импульсы пропускаются (Рисунок 3). При этом также увеличиваются пульсации выходного напряжения. Режим пропуска импульсов обычно активируется компаратором защиты от повышенного напряжения в узле обратной связи. Если, например, пропускать каждый второй импульс, в спектре (в представлении БПФ) будет видна частота, соответствующая половине установленной частоты переключения.
 |
|
| Рисунок 3. | LT3573 в режиме пропуска импульсов при низкой нагрузке. |
В отличие от пакетного режима, режим пропуска импульсов рассчитан только на поддержание выходного напряжения в определенном диапазоне и не обеспечивает существенной экономии энергии. Поэтому КПД преобразования повышается лишь незначительно.
Таким образом, если импульсный регулятор переключается с частотой, отличной от заданной, это может быть связано с тем, что схема находится либо в пакетном режиме, либо в режиме пропуска импульсов.
Однако могут быть и другие причины возникновения прерывистых импульсов в коммутационном узле. К ним относятся общая неустойчивость контура регулирования, достижение существующего ограничения по току, нагрев выше температуры защитного отключения и многое другое.
Заключение
Импульсные источники питания могут работать с частотой, отличной от ожидаемой. Обычно это происходит в условиях низкой нагрузки. Понимание механизма такого поведения полезно при оценке схемы импульсного источника питания. Тогда разработчик может с уверенностью сделать вывод о том, что источник питания действительно работает надежно.
Купить LT3573 на РадиоЛоцман.Цены
