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在直流電路當中，使用的較多的技術非DC-DC莫屬，它能夠使電壓值的電能轉變為另一個電壓值電能。電源設計當中的DC-DC變換器模塊就是基于這種技術，它能夠簡化電路的設計，并且縮短產品的研制周期。與PWM結合之后，DC-DC就能更好的對模擬電路進行控制。那么如何能更好的完成PWM DC-DC系統的設計呢? 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的難點在于造出一個具有高線性度的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，大都會額外再加個補償電路來解決。 而error amplifier，目前有type II和typ III兩種補償架構，而要如何決定type II及typeIII補償電路中的R及C值就需考量整體DC-DC. error amplifier看似簡單，但是R和C的值卻會決定整個DC-DC系統的穩定度與效能。所以，若然不是非常了解整個理論基礎，就冒然的定出R、C值是非常不明智的。 在做DC-DC電路前，根據所input voltage、output voltage、Iload范圍，用編好的excel來計算出要使用的電感、電容值、type II或者type III補償R和C值各為多少后，用simplis仿真驗證，然后才用spectre來做各個子電路的模擬。不過，用spectre來作模擬所需時間實在很長。 DC-DC電路中，最難的當屬PWM的error amplifier，只要R、C值沒決定好，整個系統的performance都會受到影響，在不斷的調整中才會漸漸理出個頭緒出來，要想定出R和C值，真的要熟悉整個PWM的理論架構。 PWM的DC-DC的gm不能過高或者過低，而是要搭配系統來采用type II或者type III的補償網路、L和C值以及操作頻率所計算出來的。因此，gm值是依據系統規格所計算出來的一項規格，而不是隨意定出來的值。 對于error amplifier，它的考量點乃在于外部電感、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夠寬即可。并且要配合整個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，各有不同的保護對象與條件。處理不當就會導致DC-DC系統癱瘓，而且各個protection機制又有優先權的區分，所以這些protection circuit是最麻煩處理的。 目前的系統中絕大部份會有PWM和PFM兩種switching regulator.在正常的PWM模式下操作，如果系統是省電模式，則會進入PFM.這是因為PWM和PFM兩者在輕/重負載下各有其優缺點，以往的系統幾乎都只工作在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，和流過的時間過長的問題。因為一旦transient peak current的值過大，且維持的時間過久，仍然有可能會把meal給燒斷掉。 從核心電路開始，本篇文章對PWM DC-DC系統設計給出了整體的建議，希望大家在閱讀過此篇文章之后，能對PWM DC-DC的系統設計有進一步的了解。 |
