降壓開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)過(guò)程中控制技術(shù)的選擇,降壓開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)過(guò)程非常簡(jiǎn)單，從最初的規(guī)格說(shuō)明出發(fā)，為設(shè)計(jì)選擇合適的核心電路，再配置一些外部元件，降壓開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)過(guò)程非常簡(jiǎn)單，從最初的規(guī)格說(shuō)明出發(fā)，為設(shè)計(jì)選擇合適的“核心電路”，再配置一些外部元件，最 后仿真和驗(yàn)證以完成設(shè)計(jì)方案。但是目前有很多種控制技術(shù)，如何做出合適的決定很具挑戰(zhàn)性。為了選擇更合適的控制器或調(diào)節(jié)器，必須進(jìn)行深入的研究。
經(jīng)典的PWM控制技術(shù)
最常見(jiàn)的控制器采用經(jīng)典的脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 技術(shù)，利用內(nèi)部時(shí)鐘引導(dǎo)每個(gè)工作周期的開(kāi)始，使主MOSFET導(dǎo)通。通過(guò)比較控制電壓 (Vc) 和鋸齒波電壓幅度(Vp)，能夠?qū)﹃P(guān)閉時(shí)間進(jìn)行定時(shí)，如圖1所示。
圖1 電壓模式降壓穩(wěn)壓器的基本架構(gòu)
鋸齒波有三種不同的生成方式，與之對(duì)應(yīng)的是電壓模式、電壓型前饋控制和電流模式這三種控制技術(shù)。
電壓模式：經(jīng)典
控制器內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)恒定的鋸齒波，它具有恒定的電壓幅度。
電壓模式避免了電流模式斜率補(bǔ)償所帶來(lái)的復(fù)雜度增加，不容易受噪聲影響，而且通常檢測(cè)輸出電流所需的消隱時(shí)間更短。環(huán)路增益和帶寬也隨著輸入電壓的增加而增大。
因?yàn)楹?jiǎn)單，電壓模式廣泛使用在低輸出電流的應(yīng)用中，此時(shí)輸入線路相對(duì)穩(wěn)定，具有比較慢的線路瞬態(tài)變化。
調(diào)制器和功率級(jí)的增益如下：
 (1)
這里，Rc是輸出電容的ESR，是輸出負(fù)載的阻抗;L和C分別是輸出濾波器的電感和電容值，調(diào)節(jié)器的環(huán)路增益H(s)表示成：
 (2)
調(diào)制器和功率級(jí)的增益直接跟隨輸入電壓(Vin)的增加而增加。和頻率相關(guān)的項(xiàng)是LC網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)。該網(wǎng)絡(luò)具有電感和輸出電容所引入的雙重極點(diǎn)，同時(shí)還具有一個(gè)零點(diǎn)，該零點(diǎn)由輸出電容C和它的ESR造成。
電壓型前饋控制
鋸齒波的斜率隨輸入電壓變化，而且消除了輸入電壓變化導(dǎo)致的環(huán)路增益和帶寬的可變性。電壓型前饋控制避免了公式(1)和(2)對(duì)輸入電壓的依賴。
線路瞬態(tài)響應(yīng)也有所改善，這是由于調(diào)節(jié)器在輸出電壓發(fā)生變化之前(輸入電壓的變化所致)就改變了占空比。電壓型前饋控制所帶來(lái)的另一個(gè)好處在于可以在輸入電壓的整個(gè)變化范圍內(nèi)優(yōu)化環(huán)路增益。
電流模式：傳統(tǒng)而且高性能
電流模式并沒(méi)有使用恒定的鋸齒波來(lái)控制占空比，而是采用了輸出電感電流所產(chǎn)生的鋸齒波(見(jiàn)圖2)。電流檢測(cè)放大器通過(guò)測(cè)量主MOSFET導(dǎo) 通時(shí)的電流來(lái)檢測(cè)電感電流。添加了固定的校正斜坡，從而消除了占空比大于50%所帶來(lái)的次諧波振蕩問(wèn)題。在開(kāi)關(guān)周期的開(kāi)始階段，開(kāi)關(guān)打開(kāi)，Rs和電流檢測(cè)放大器檢測(cè)電感電流。然后把電流檢測(cè)信號(hào)加到校正斜坡中，當(dāng)這兩個(gè)波形的和超過(guò)Vc時(shí)，比較器的輸出變低，關(guān)閉輸出開(kāi)關(guān)。在電流模式技術(shù)中，調(diào)制器、輸出開(kāi)關(guān)和電感的工作原理類似于跨導(dǎo)放大器，給輸出提供一個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的電流。結(jié)果，由于屬于基本的電壓模式控制，該級(jí)的增益不受Vin的變化影響。但是，該級(jí)的增益將隨負(fù)載阻抗發(fā)生變化。 |
