硬件面试 | 几个困扰自己很久的问题

IoT 1年前 (2021) admin
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1、如何去除buck芯片SW引脚闭合断开瞬间的尖峰?
SW的电压波形,在开关管闭合和断开时,都有一个很大的尖峰,对应的电流波形也会有类似的情况。以某buck电路为例,测量到的SW引脚电压波形,如下图 1 所示,波形尖峰相对不大,设计尚可,对图中红圈处的尖峰展开,发现基本没有振荡现象,如图 2 和 图 3所示。但是对于某些使用外置高低侧MOS管的BUCK电路,电压尖峰会很大,而且尖峰处展开会伴随有明显的振荡现象,这是由于二极管或者同步MOS管的寄生电容,以及电路的寄生电感共同造成,寄生电感不能瞬变的电流对电容进行充电造成电压尖峰和电流尖峰,而振荡是由于电感电容LC谐振造成的。因此,一般会在二极管或者同步管两端并联一个RC吸收电路来解决这个问题。建议RC吸收电路的电阻取值在几十Ω,电容取几个nF级别。
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图 1
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图 2

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图 3

2、Buck芯片的两种调制模式及其优缺点对比?

调制方式:PWM方式、PFM方式、PWM和PFM的混合方式,其中PWM方式为最常见的调制方式

两种调制方式的优缺点:

PWM:噪声低、效率高,对负载的变化响应速度快,且支持连续供电的工作模式,缺点是在轻负载时效率差,工作不稳定,因此在轻负载时,设计上需提供假负载;

PFM:功耗相对较低,在轻负载时,具有较高的效率,且轻负载时不需要在外部提供假负载,缺点是输出端对负载变化的响应相对较慢,且输出电压噪声和纹波相对较大,同时,由于无法提供限流功能以致其不适合工作于连续供电方式。

注:为了充分发挥PWM和PFM各自的优势,可采用PWM/PFM混合调制模式,在轻负载时采用PFM模式,而在重负载时切换到PFM模式,以便降低功耗,提高电源的工作效率。

3、占空比D越大,电源效率越高,损耗越小?

其原因可以简单的这样理解,在开关管导通期间,输入电源直接向输出电源提供能量,其中多余的能量储存在电感中,占空比D越大,输入电源直接向负载输出提供能量的时间比例就越大。对于输出而言,在这个过程不需要电感进行电磁能量的互相转换,因此效率较高。而开关管关断期间,输出需要电感将储存的磁能转换为电能,这是一个有损耗的过程,相对效率较低。

在轻载或者空载时,如果继续采用固定频率的PWM模式,由于负载电流变小,因此输出功率Pout变小;而PWM频率不变意味着开关管频率不变,则开关管的损耗(主要是开关损耗)不变,相应地损耗频率所占比例就变大,从而降低了电源的输出转换效率。因此,为了提高电源在轻载时的转换效率,一般会采用其他工作模式,比如PFW脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation)

—— The End ——

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原文始发于微信公众号(南山扫地僧):硬件面试 | 几个困扰自己很久的问题

版权声明:admin 发表于 2021年12月16日 下午11:10。
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