Khi mạch Buck đi vào chế độ hoạt động DCM (dòng tải thấp) thì dòng điện cuộn dây sẽ đi về mức âm điều đó dẫn đến sự giảm hiệu suất của mạch do đó để ngăn chặn vấn đề này thì mạch phát hiện dòng điện tải sẽ tạo ra xung để tắt NMOS và cải thiện hiệu suất cho toàn hệ thống.
Để hiểu rõ hơn cho việc cần thiết của mạch để cải thiện hiệu suất cho toàn chip Buck, 2 chế độ hoạt động sẽ được phân tích:
Hình 3.26 mô tả chế độ hoạt động của chip Buck trong chế độ CCM. Hình 3.26(a) mô tả chiều của dòng điện, hình 3.26(b) mô tả dạng sóng của chip BUCK theo trình tự như sau:
1) Khi tín hiệu “DRIVE” bằng 1, mạch ở trong trạng thái nạp và dòng điện 𝐼𝐿 sẽ tang lên. Trong khoảng thời gian này PMOS sẽ đóng và NMOS sẽ mở để cung cấp dòng điện đến tải và tụ.
2) Khi tín hiệu ‘DRIVE’ bằng 0 báo hiệu chu kì xả bắt đầu. Trong khoảng thời gian này cả 2 PMOS và NMOS đều mở, dòng điện sẽ đi qua diode kí sinh để duy trì dòng điện trong cuộn dây.
3) Trong khoảng thời gian này, khi điện áp 𝑉𝑋 được phát hiện tại diode kí sinh, PMOS sẽ mở và NMOS sẽ đóng để bắt đầu chu kì xả.
4) Khi tín hiệu ‘DRIVE’ bằng 1 đồng nghĩa với việc NMOS sẽ mở, điện áp 𝑉𝑋 của diode kí sinh sẽ được đo lường lần nữa, mạch sẽ quay về trạng thái 1, ở đó PMOS sẽ đóng để cung cấp năng lượng cho tải.
54
Hình 3.26 (a) Chế độ hoạt động CCM (b) Dạng sóng khi hoạt động ở CCM
Chế độ DCM
Hình 3.27 mô tả chế độ hoạt động DCM của mạch, chiều của dòng điện được chỉ ra trong hình 3.27(a). Hình 3.27(b) cho biết dạng sóng hoạt động của mạch :
1) Khi tín hiệu “DRIVE” bằng 1, mạch ở trong trạng thái nạp và dòng điện 𝐼𝐿 sẽ tăng lên. Trong khoảng thời gian này PMOS sẽ đóng và NMOS sẽ mở để cung cấp dòng điện đến tải và tụ.
2) Khi tín hiệu ‘DRIVE’ bằng 0 báo hiệu chu kì xả bắt đầu. Trong khoảng thời gian này cả 2 PMOS và NMOS đều mở, dòng điện sẽ đi qua diode kí sinh để duy trì dòng điện trong cuộn dây.
55
3) Trong khoảng thời gian này, khi điện áp 𝑉𝑋 được phát hiện tại diode kí sinh, PMOS sẽ mở và NMOS sẽ đóng để bắt đầu chu kì xả.
4) Khi tín hiệu ‘DRIVE’ bằng 1 đồng nghĩa với việc NMOS sẽ mở, khi điện áp 𝑉𝑋 của diode kí sinh trở thành dương, sẽ có dòng điện đảo đi qua NMOS. Để ngăn dòng điện đảo này thì NMOS phải mở để tiết kiệm năng lượng cho hệ thống. Khi đó sẽ sinh ra dao động cộng hưởng tại 𝑉𝑋. Khi tín hiệu DRIVE bằng 1, mạch quay lại quá trình ở (1), PMOS sẽ đóng để tiếp tục cung cấp dòng cho tải.
Hình 3.27 (a) Chế độ hoạt động DCM (b) Dạng sóng khi hoạt động ở DCM Mạch Zero current Detection trong hình 3.28 sẽ giúp ngắt NMOS khi mạch hoạt động trong chế độ DCM và khi điện áp 𝑉𝑋 trở nên dương.
56
Hình 3.28 Mạch phát hiện dòng điện khi dòng tải giảm xuống mức 0.
The mosfet MBP dùng để phân cực cho mạch, cặp mosfet 𝑀1-𝑀2, 𝑀3-𝑀4 có chức năng như level shifter để nhận biết tín hiệu từ ground tới zcd và từ 𝑉𝑋 tới 𝑉𝑋1. Trong suốt chu kì nạp, khi tín hiệu “DRIVE” được cho lên mức cao, điện áp 𝑉𝑁1 sẽ xuống mức thấp và tắt NMOS, thay đổi 𝑉𝑍𝐶𝐷 xuống mức thấp, PMOS sẽ đóng. Ở chu kì xả, khi tín hiệu “DRIVE”=0, PMOS được mở và đẩy 𝑉𝑁1 lên mức cao trong khi đó 𝑉𝑍𝐶𝐷 được giữ ở mức thấp và NMOS mở. Một khi tín hiệu 𝑉𝑋1 cao hơn 𝑉𝑍𝐶𝐷, tín hiệu “zcdcontrol’ sẽ làm cho flip-flop đẩy tín hiệu 𝑉𝑍𝐶𝐷 lên mức cao để ngắt NMOS nhằm ngăn chặn dòng điện đảo từ ngõ ra qua NMOS đi xuống ground.