国瘗
Ｂｕｃ
ｋ型 ＤＣ／
ＤＣ开关 电源芯 片
工作原理 分析
邹爱萍
（
芯源信 息咨询上海有限公司，
上海 ２
０
００
６
３）
摘
要 ：通过 分析 电源芯 片的技 术 组成 ，分 别 阐述 了 Ｂｕｃ
ｋ型 ＤＣ／
ＤＣ开 关 电源芯 片 的基本 结 构 、工
作 原理 和稳 定性 分析 ，
从 而 为 Ｂｕｃｋ型 ＤＣ／
ＤＣ开关 电源 芯片设 计提供 理 论 支持 和 参考 。
关键 词 ：Ｂｕｃｋ型 ；ＤＣ／
ＤＣ开 关 电源 ；电源芯 片 ；工作 原理
Ａｎａｌ
ｙｓ
ｉ
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—
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ｐ；ｗｏｒｋ ｐｒｉ
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ｐｌｅ．
中图分 类 号 ：
ＴＭ４６
１
文 献标 识码 ：
Ａ
概述
文 章编 号 ０２１９－２７１３（
２０１５）
１０—０４３—００４
而。
作 为 电源核 心 的芯片 ．
在 电源技 术 中属于关 键 问
题，
决定了电源技术的水平 ，
也影响了所开发设计电
电源 技 术 在我 国经 济发 展 中 占有 重要 地 位 。电
源技 术 的发 展促 进 我 国 电子 通信 技 术 的发 展 Ｌ
ｌ
Ｊ
。电
源 技 术 涉 及 较 多 的技 术 领 域 ，属 于 交 叉 学 科 的话
题，
这 就 导致 电源技 术 挑 战性 较 大 。 电子通 讯 在 社
会 行业 中 占据 了较 大 的市 场份 额 ，
这 就 促使 电源设
计 成 为 当今 热 门话 题 之 一嘲。围绕 电源 技术 展 开 的
研 究 需 要认 识 发 展 环境 ，
从 需 求 出发 ，
改 善电源的
继 承性 、
效 率和 控制 精度 ，
不 断地 提高 电源 技术 。然
源 的质量 嘲。研 究 电源 芯 片 的工 作 原 理 能够 熟悉 进
一
步 提 高 电源技 术 水平 ，从 根本 上 保 证 电源 质 量 。
在 关 于开 关 电源 芯 片 的研 究 中 ，
诸 多学 者 和 专家 已
针 对其 具 体情 况 进行 了设 计探 索 ，
在 实 际 中也 进 行
了诸多 实 际验 证 ，
促 进 了开 关 电源芯 片 设 计技 术 的
发展 。本文 在此 基础 之上 ，以 Ｂｕｃ
ｋ型 ＤＣ／
ＤＣ开 关
电源芯片为研究对象 ，
结合其基本结构 、
工作原理和
稳定 性分 析 ，
提供 电源 芯片设 计 的理论 参考 。
收 稿 日期 ：
２０１
５－０６—０７
—
—
４３ —
—
第１
８
卷
２
鼋涤艘船 阌
Ｖｏ１
．
１８ Ｎｏ．
１０
Ｐ０Ｗ ＥＲ ＳＵＰＰＬＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩ
ＥＳ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩ
ＣＡＴＩ
ＯＮＳ
０ｃｔ
．
２０１５
第１
０期
２０１５年 １
０月
Ｂｕｃｋ型 ＤＣ／
ＤＣ开 关 电源 的 工 作 模 式
滤 波 技术 使输 出电压 保 持较 低 的纹 波 电压 ，
具体包
括 电流模 式 和 电压模 式 。
开 关 电源 最 典 型 的 特征 就 是 能够 依 靠 开关 方
式进 行工 作 调节 ，
在 开关 显 示为 导通 和截 止 的方 式
切换 。其 中 ，
开关 电源 有初 始设 置的基 准 电压 ，
通过
在 其负 载 和两 端 输 入 的 变化 能 够 引起 自身 输 出 电
（３） ＰＦＭ／
ＰＷＭ 混合 调 制模 式
该 模 式 实 际 上 整 合 了 ＰＦＭ 脉 频 调 制 和 ＰＷＭ
脉宽 调制 的技术 优 势 ，
在发 现 电源 芯 片外 部 负载 发
生变 化时来 调整 芯片 内部工 作方 式 。
压 的变 化 ，当输 出电压 降低 后 就可 以获取 该信 号 ，
并经 过 放大 器将 此 信号 放 大 ，
在脉 冲调 制 电路 作 用
下计 算 相应 的误 差 ，
从 而利 用 占空 比增加 电源 的输
３ Ｂｕｃｋ型 ＤＣ／
ＤＣ 开 关 电源 芯 片 工 作 原 理
分析
｝
｝
Ｊ
电压 。反之 ，当外 界变 化导致 增加 输入 电压 时 ，
就
可 以利 用 电压增 大 的信 号 降低 占空 比 ，
通 过 脉 冲调
制 电路 达 到 降低输 出电压 目的 ，
在 此 过程 中就 可 以
保证 输 出电压 的稳 定 。
ＢＵＣＫ 型 ＤＣ／
ＤＣ开关 电源包括 ＣＣＭ 丁作模 式
３．
１ ＢＵＣＫ型 Ｄｃ／
ＤＣ电源芯 片 的基本 结构
ＢＵＣＫ型ＤＣ／
ＤＣ电源 芯片 的基本 结构 如 图 ｌ所
示，
主要 包括 以下部 分 ：
（
１） 带隙基 准模块（
Ｉ
ｎ
ｔ
ｅ
ｒ
ｎ
ａ
ｌＲｅ
ｇ
ｕ
ｌ
ａ
ｔ
ｏ
ｒ
ｓ
）
及 ＤＣＭ 工作模 式 。通 过分 析 ＣＣＭ 模 式可 知 ，电源
该 模 块 主 要 是 为 电 源 内容 提 供 偏 差 电 压 和 电
１二作 过 程 中 电感 电流 始终 保 持 不 为 零 。于 此相 反
源 电压 。
该 模 块 的具 体 组 成 有 基 准 电 压源 、
数字 电
的．
ＤＣＭ Ｔ作模式 下 电感 电流存在 开关 周期 中有 电
路电源 、
模拟电路 电源和过温保护 电路。
感 电 流 为零 的时 间段 。 当电 源 的负 载 电流 发 生 改
（２） 欠压保 护模块 （
Ｌｏ
ｃｋｏ
ｕｔＣｏ
ｍｐａ
ｒ
ａ
ｔ
ｏｒ
）
变 ，电源 芯 片会 进 行 不 同工 作模 式 的切 换 ，
并且输
当 电源 电路 发现 ＥＮ 输入 小 于设 定 值 时 。就 执
级的频率响应相应的改变 。具体地 ，
在 ＣＣＭ工作
行切 断芯 片工作 电路 的作用 。
模式 下 电感 电流 保 持连 续 ，
并 且在 工作 过 程 中没 有
（３） 振 荡 电 路 （
Ｏｓ
ｃｉ
ｌ
ｌ
ａｔ
ｏｒ
）
趋 近零 的趋 势 ：在 ＤＣＭ 工作 模式 下 电感 电流存 在
该 模块 主要 促 进 芯 片 内部 发 出 时钟 信 号 和 斜
问断 ．
并且 ，
在 开关周 期 内会有趋 近零 的时 间段 。
ＢＵＣＫ 型 ＤＣ／
ＤＣ 开 关 电 源 的 控 制 模 式 包 括
ＰＦＭ、
ＰＷＭ 和 ＰＦＭ／
ＰＷＭ混 合模 式 ，三 种Ｔ 作模 式
根据 具体 的工作 条件 有着 相应 的特 点 。具 体工 作特
点 如下 。
（１） ＰＦＭ 脉 频 调 制
该模 式 主要 是设 定 导通 时 问 ．
依靠 脉 冲频率 进
行 调制 占空 比。ＰＦＭ最 经典 的工作 方式 即为跨 脉 冲
调 制 ．通过 固定 时 钟 为 ５０％的 占空 比 ，由 电压 反馈
实现 开关 频 率 的控 制 ，该 模 式 核心 在 于选 择 电感 ，
坡 补偿 信 号 ，
并 且 在 系统 工作 正 常状 态 和故 障状 态
发 出不 同的频 率 。
（
４） 电 流 检 测 放 大 电 路
（
Ｃｕｒ
ｒ
ｅｎｔ Ｓｅｎｓ
ｅ
Ａｍｐｌ
ｉ
ｆ
ｉ
ｅｒ
）
该 模块 的主要 作用 是 检测 功 率管 电流 ，
并依此
来践 行 控制输 出信 号进行 翻转 操作 。
（
５） 故 障 频 率 比 较 器 （
Ｆｒ
ｅｑｕｅｎｃｙ Ｆｏｌ
ｄｂａｃｋ
Ｃｏ
ｍｐａ
ｒ
ａｔ
ｏ
ｒ）
该 模块 主 要 与振 荡 电路 相配 合 ，
进 行 控制 时 钟
频率输 出值 。
其 中涉 及 的输 出电压 纹 波较 大 ，
负载 引 起 的噪 声频
（６） 误 差放 大 器（
Ｅｒ
ｒ
ｏｒＡｍｐｌ
ｉ
ｆ
ｉ
ｅｒ
）
谱 变化 较大 。
该 模块 主 要对 输 出端 电压采 样 ，
并 且 能够 提 供
（
２） ＰＷＭ 脉 宽调 制
主要 通过 设定 时钟频 率 ，
通 过调 节 开 关管 控 制
过流 比较器 的参 考 电平 。
（７） ＰＷＭ 比较 器 （
Ｃｕｒ
ｒ
ｅｎｔＣｏｍｐａｒ
ａｔ
ｏｒ
）
信 号的占空 比实现对输 出电压的调整。ＰＷＭ技术
该 模 块 主要 进 行 控 制 输 出 电平 ，并 能 够 掌 握
主要 应用 于 在负 载 范 围较宽 的 工况 下 ，
并 通过 低 通
Ｒ—Ｓ触 发 器 的工作 情 况 ，
从 而 得 到 占空 比调 节 的方
一
４４ 一
莲
国瘗 厕
波控制信号 。
和导通 ＶＴ ；
反之 ，
利用检测发出的时钟信号的下降
３．
２ ＢＵＣＫ型 ＤＣ／
ＤＣ电源 芯片 的工 作原 理
沿，
进行 复位 Ｒ—Ｓ触 发器 。
ＢＵＣＫ型 ＤＣ／
ＤＣ电源 芯 片 的 工作 系 统 通 常 设
３．
３ ＢＵＣＫ型 Ｄｃ／
ＤＣ 电源 芯片 系统 稳定性 分析
置 两个 反 馈 回路 ，电压 反 馈 回路 和 电 流反 馈 回路 。
具体 工作 过 程大 致如 下 。
ＢＵＣＫ型 ＤＣ／
ＤＣ 电源 芯 片 系 统 稳 定 性 分 析 主
要包 括 以下 内容 。
当 电源 管 理 系统 正 常 工作 后 ，
振 荡器 的频 率 实
开 环不稳 定性 分析 和斜 坡补 偿 。开 环不稳 定性
际 上 就 是促 使 主 开关 管 导 通 的频 率 ，
并且 ，
此时 占
分 析 主要 分析 外 界对 电源 内部 电流产 生影 响后 ，系
空 比达 到最 大值 。ＢＵＣＫ型 ＤＣ／
ＤＣ电源 芯片设 置 为
统 能 够保 持 稳 定 的 能 力 ，
根 据 占空 比 Ｄ不 同 ，并且
电流模 式 的转 换 器 。在 刚 开始 的时 钟周 期 内 ，
进行
由于 系统 的 收敛 情 况 的不 同 ．划分 为 Ｄ＜０．
５和 Ｄ＞
关 闭功 率 管 ＶＴ，
并 且 导通 ＶＴ：，在该 操 作 下 ＣＯＭＰ
０．
５两种 情况 。开 环不 稳定 性 能 够分 析 出系统 在 开
脚 电压通 常要 大 于 电流感应 放 大器 的输 出 电压 。当
环 工 作 状 态 下 的 稳 定 性 ，保 证 芯 片 系 统 的正 常 Ｔ
振 荡 电路 发 出 ３８０ｋＨｚ时钟 信 号 时 ，通 过检 测 到 信
作。
号 上升 沿 ，
Ｒ—Ｓ触 发器 就 进行 正 常 工 作 ，从 而 能 够
由于 反 馈 电流 的变 化 不 能 全 面 地 反 映 负 载 电
进 行 导通 功 率 开关 管 ＶＴ 并 且 切 断 ＶＴ：
，
使输入 电
流 变 化 ，当 占空 比 Ｄ＞０．
５，电源 不 能稳 定 Ｔ 作 ，限 制
源 、电 感 和 ＳＷ 脚 之 间 电路 导 通 ，电感 经 过 的 电 流
了峰值 电流控 制 方式 的应 用 ．
必须 加 以斜 坡 补偿 改
获 得提 高 ，
并 在 电流感 应放 大 器 的作 用 下进 行 进 一
善 。斜坡 补偿 主要 是 分析 电流 上升 幅值 与系统 稳定
步 的放 大 ，
之 后根 据实 际应 用需 要进 行 电路 的斜坡
性 的影 响 ，
该 分 析 主要是 斜 坡 补偿 与 振荡 衰 减 的特
补 偿 ．最 终 误差 放 大 器输 出 电压 与 电 流 比较 器 比
性 。 当系统 进 行 的斜 坡补 偿 过 大时 ，
就 会 导致 开关
较 。经 过与 ＣＯＭＰ脚 电压 进行 比较 获得 结果 ，
当信
电流 限制 ，
带载 能 力 降低 。
严 重 影 响系 统 的稳 定 性 。
号 大 于 时促 使 Ｒ—Ｓ触发 器进 行 工作 复 位 ，
切 断 ＶＴ
因此 ．
必 须 结 合 系 统 进 行斜 坡 补 偿 ，
达到控制系统
蓑器
图 １ ＢＵＣＫ 型 ＤＣ／
ＤＣ电 源 芯 片的 基 本 结 构 图
—
—
４５ —
—
第１
８卷 第 １
０期
童潦徽船 阅
Ｖｏ１
．
１８ Ｎｏ．
１
０
２０１５年 １０月
ＰＯＷ ＥＲ ＳＵＰＰＬＹ ｒＥＣＨＮＯＬＯＧＩ
ＥＳ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩ
ＣＡＴＩ
ＯＮＳ
０Ｃｔ
．
２０１５
由于 电流增 长 幅度过大 带来 的不稳 定 。
参考文献
４ 结束语
［
１
］ 彭晓珊，
舒泽芳．
基于 Ｐ
ＳＢ的高频 开关电源的仿真分析
电源 技术 在 未 来 的社 会 发 展 中会 获 得 更 多 的
【
Ｊ
】
＿
贵 阳学院学报（自然科学片
反）
．２
００
７（
０
３）
．
关 注 。研 究 电源技 术将 成 为 未来 重要 的 发展课 题 。
【
２
］ 苏杰 ，
王锐，
王 军，
牛超，
吕冰 ．逆 变 系统 辅 助 多路 开 关 电
在 研 究 电 源芯 片 中 ，
通 过分 析 其 工 作 原 理 ，
按照实
源的设计和制作【
Ｊ
ｌ
＿
高等教 育研 究（
成都）
．２
０
０８（
０
２）
．
际要求 进 行相 应 的设 计 ，
保 证 所设 计 电 源芯 片符 合
［
３
］ 全 安 ．基 于 ＵＣ３８
４
２开 关 电源 的 分析 及 应 用［
Ｊ
］
．辽 宁教
规范 ，
能 够在 电源 中发挥 正 常 的作用 。未来 电子技
育行 政 学院 学报 ．２
０
０６
（
０
６
）
．
术 的发展 会促 使 电源 芯 片 的不 断升 级 ，
电源 芯 片 的
ｆ
４１ 万 鸾 飞，
陈 秀琴 ．基 于不 对称 Ｓ
Ｍ 技 术 的 高压 开 关 电 源
设 计会 成为更 重要 的课题 。
主 电路 设 计 『
Ｊ
１
．
轻 工科 技 ．２
０１
３（
０
３）
．
… … ｍ …… ｍ ｍ 一
… 一 一… … … …ｍ ～…… … …… ……一… … … 一～… … … 、
雅 特生 科技 的全新 Ｃｏｎｆ
ｉｇＰｒ
ｏ？配置工具 将设 计流 程 简化 ，
让 工程 师可从 数 以百 万计 的 组合方 案之 中挑
选 一款理 想 的 电源
二 零 一五年 十 月十 二 日 一一 中国讯 一一雅 特 生科 技 （
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ｙｎＥｍｂｅ
ｄｄｅ
ｄＴｅ
ｃ
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ｉ
ｅ
ｓ
）宣布推 出一套
名为 Ｃｏｎｆ
ｉｇＰｒ
ｏ？的在 线 电源 配置程序 ，让客 户 可 以从 三 百 多万 个不 同组合 之 中挑 选 一 个最理 想的 可 配
置 电源方案 。这 套 Ｃｏｎｆ
ｉｇＰｒ
ｏ配置工 具将整 个设 计 流程 简化 ，让设计 工业 产 品和 医疗设备 的 工程师 可 以
轻 易从 众 多方 案 中筛选 出一款 最理 想的 可配置 电源。目前有 不 少例 子显 示 ，
使 用这 套 工具便 无 需采 用较
昂贵 的客制 方 案。
这 套 Ｃｏｎｆ
ｉｇＰｒ
ｏ＿
ｒ
－－
，
ｇ
．／
ｋ￣ 于雅 特 生科技 的 ＭＰ、ｉ
ＭＰ６、
ｉ
ＶＳ？ｆ
￣Ｍｉ
ｃｒ
ｏＭＰ（
ｕＭＰ？
）
等 四 个可 配 置 电 源
产 品 系列。用 户首先 须输入要 求的 电流或功 率 大小 ，
每 次使 用 时最 多可选择 ２１个输 出，
输 出电压 可 高达
ｉ５
ｏ
ｏ
ｖ（
￣Ｌ）
，
而输出电流可高达９
７
０
Ａ。数据输入后，
这套配置工具随即会提供多个可配置电源方案以供
选择 ，而且有 关方案 可 以反 复修 订 ，
直至 确 实找 到 一个极 具成 本效 益的 方案 为止 。这套 工具 也会根 据 类
似 的功 能和 额定 功率 ，另外提供 一些成 本更低 的设 计 方案 以供参 考 。此 外 ，
这套 工具也 会 就这 款 可 配置
电源 ，
为 用 户提 供 有 关 产品 特性 的 图表 分析 ，而且 有 关 方案 的技 术规 格 摘要 都 会 全部 存 入 采 用 ＰＤＦ格
式的档 案之 中以供 用 户下载 。
雅特 生科技营销总监 Ｃｈｒ
ｉ
ｓｌ
ｏ
ｎｅ
ｓ
表 示：
ｒ
对于必须采用中、
高功率多输 出电源 系统的应用来说 ，
这套 ；
Ｃｏｎｆ
ｉｇＰｒ
ｏ配置 工具展 示一 个崭新 的设 计路 向 。这套 工具 为工程 师提供 许 多可配置 电 源方案 以供 他们 选
择 。我 们相信 可供 选择 的 组合在 数量 上冠 于 同业。此 外 ，
这 套 工具也 简化 了整 个设计 流 程 ，
让 工程 师可 以
轻 易挑 选 一款理 想 的 电源 ，
过程 之 简单与挑 选 一款 不可 配置 的标 准电 源无异 。由于部 分方案 有特 别的规
格要求，
例如，
指 定 的输入 电压 未必适 用 于 标准 的额 定输入 电压 ，
￣Ｌ＃Ｉ
－，
其 他 可 变因素 的影响也 必 须计算
在 内，因此一套像 Ｃｏｎｆ
ｉｇＰｒ
ｏ这样 先进 的 配置 工具 ｇ－符合 工程 师的要 求 。ｊ
雅特 生科技 的 Ｃｏｎｆ
ｉｇＰｒ
ｏ配 置工 具 内含一 套具 有超 强计 算 能 力的 方案 算法 ，可 同时处理 多个复 杂
的 可 变 因素 ，
其 中包括双路 或 三路输 出电源模 块 、以及 并联 和 串联 的方 案 。
＾
…
—
…
４６ —
—
…
一
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
一
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…