有各種不同的控制方案用于實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)。電流模式控制，以最簡單的形式監(jiān)控峰值開關(guān)電流，具有一些非常好的好處。這是在開關(guān)穩(wěn)壓器中實(shí)現(xiàn)高性能的常用方法。在實(shí)際設(shè)計(jì)中有一些注意事項(xiàng)需要注意，但這些很容易解決，正如我將在這篇文章中討論的那樣。

峰值電流模式控制的優(yōu)點(diǎn)

圖1顯示了降壓轉(zhuǎn)換器中峰值電流模式控制的基本實(shí)現(xiàn)方案。有兩個(gè)控制環(huán)路在運(yùn)行：一個(gè)快速的內(nèi)部環(huán)路，將控制信號Ve與開關(guān)電流Vcs的模擬進(jìn)行比較以設(shè)置脈沖寬度，另一個(gè)較慢的外部環(huán)路，將輸出電壓與參考進(jìn)行比較，以產(chǎn)生內(nèi)部環(huán)路的控制信號。其效果是為輸出電容器和負(fù)載形成受控電流源，電感在調(diào)節(jié)輸出電壓時(shí)從傳遞函數(shù)中“消失”。與輸出LC網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的雙極成為單極，這更容易穩(wěn)定，特別是對于具有固有低ESR和高頻零點(diǎn)的陶瓷輸出電容器。這樣做的好處是簡化了環(huán)路補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了更寬的帶寬和更快的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。

圖1.峰值電流模式控制方案

通過電流模式控制，很容易保護(hù)開關(guān)免受過流影響，因?yàn)?a target="_blank">電流檢測信號可以與基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行比較，以便在超過設(shè)定值時(shí)實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷。還有一種自然的快速“前饋”效應(yīng)，即輸入電壓的變化會立即反映在開關(guān)電流斜坡速率中，直接影響關(guān)斷點(diǎn)，而不必等待輸出電壓誤差在校正前繞慢外環(huán)路傳播。

但是，在使用峰值電流模式控制進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有幾點(diǎn)需要注意：噪聲拾取和次諧波不穩(wěn)定。

嘈雜信號

保持較低的電流檢測元件功耗與具有足夠的合成電壓以避免噪聲問題之間存在沖突。在典型方案中，來自最大檢測電流的電壓可能在1V左右，但在輕負(fù)載下，該值成比例地較小。由于通過電路電感的di/dt、寄生電容的充電和放電以及二極管反向恢復(fù)瞬變，電流信號邊沿上的尖峰是不可避免的。這些可能導(dǎo)致穩(wěn)壓器過早關(guān)斷和混亂操作，因?yàn)樗鼈冊谳p負(fù)載時(shí)成比例地成為更多的信號。仔細(xì)的電路板布局當(dāng)然有幫助，適當(dāng)?shù)木彌_也是如此，但通常這在所有條件下都是不夠的。檢測信號上的簡單RC濾波器會衰減尖峰，但會增加延遲，使限流精度降低，并導(dǎo)致在低負(fù)載和低占空比下失去控制。電流檢測變壓器是一種以很小的耗散獲得可用電壓電平的方法，但與電阻檢測相比，它可能既昂貴又笨重。變壓器在高占空比下的復(fù)位也可能是一個(gè)問題。

一種有效的解決方案是低電壓電平的電阻檢測，具有前沿消隱，其中控制芯片在固定時(shí)間段內(nèi)忽略電流檢測信號，通常在每個(gè)周期開始時(shí)為50ns。隨著Maxim等公司將MOSFET和最終磁性元件集成到芯片中的進(jìn)展，問題逐漸消失;開關(guān)電流環(huán)路變得更小且更可預(yù)測，IC制造商能夠在內(nèi)部補(bǔ)償瞬變。

更奇特的技術(shù)可以使用輸出電感器本身的電阻來檢測電流。然而，需要電路從阻性電壓降中減去正常的開關(guān)波形，并補(bǔ)償銅繞組電阻隨溫度的顯著變化。

次諧波不穩(wěn)定

次諧波不穩(wěn)定性源于控制峰值電感電流，而不是控制平均電流的理想。如果降壓轉(zhuǎn)換器的占空比小于50%，則輸入電壓的微小干擾會導(dǎo)致峰峰值紋波電流的微小變化。輸入電壓的負(fù)擾動會導(dǎo)致峰峰值紋波電流降低。當(dāng)關(guān)斷時(shí)間大于導(dǎo)通時(shí)間（<50% DC）時(shí)，電流有時(shí)間斜坡下降到等于其啟動周期電流的新穩(wěn)態(tài)值。占空比高于50%時(shí)，關(guān)斷時(shí)間短于導(dǎo)通時(shí)間，電感電流斜坡下降不會回到起始值，因此下一個(gè)周期以較高的紋波電流開始，使平均電流暫時(shí)較高。負(fù)載電流是恒定的，因此增加的電流只能流入輸出電容器，從而略微提高其電壓?？刂骗h(huán)路在幾個(gè)周期內(nèi)校正產(chǎn)生的輸出電壓誤差，但與此同時(shí)，脈沖寬度通常在開關(guān)頻率的一半處“抖動”。參見圖2。

圖2.D>0.5的次諧波不穩(wěn)定性

解決方案是人為地在導(dǎo)通時(shí)間檢測電流波形上增加一些斜率，這可以很容易地從IC時(shí)鐘信號中得出。也可以從誤差電壓中減去額外的斜率。該技術(shù)如圖 3 所示。

可以證明，如果在比較器輸入端增加一個(gè)斜率，等于電感下斜率等效信號的50%，則峰值電流檢測點(diǎn)會進(jìn)行調(diào)整，以使平均電感電流隨占空比擾動而恒定。這可確保干擾在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)消除并保持穩(wěn)定性。在實(shí)踐中，通常將更多的斜率加到電流檢測信號的100%，以確保在高占空比下保持穩(wěn)定性。如果增加了多余的斜率，轉(zhuǎn)換器將逐漸失去電流模式控制的優(yōu)勢，并且表現(xiàn)得更像在電壓模式下一樣。

電感波形的下坡di/dt對于給定的輸出電壓Vout和電感L是固定的。

這意味著在簡單電路中，斜率補(bǔ)償并不總是針對可變輸出電壓的最佳選擇，盡管可以進(jìn)行更復(fù)雜的可變補(bǔ)償 - 這是數(shù)字控制功能的良好候選者。

在具有高集成度的控制IC中，例如Maxim產(chǎn)品組合中的控制IC，斜率補(bǔ)償?shù)膹?fù)雜性在內(nèi)部通過電流檢測和電平轉(zhuǎn)換來處理，使設(shè)計(jì)人員的工作更加輕松。

審核編輯：郭婷