市場上有數千種不同的開關穩壓器。選擇基于輸入電壓范圍、輸出電壓能力、最大輸出電流和一系列其他參數等規格。本文介紹電流模式(數據手冊中常見的差異化特性)及其優缺點。
電流模式穩壓器說明
圖1顯示了電流模式穩壓器的基本工作原理。在這里,反饋電壓不僅與內部基準電壓進行比較,而且還與鋸齒式電壓斜坡進行比較,以便為電源開關生成必要的PWM信號。該斜坡的斜率在電壓模式穩壓器中是固定的。在電流模式穩壓器中,斜率取決于電感電流,由圖1所示開關節點處的電流測量產生。這就是電流模式穩壓器與電壓模式穩壓器的區別。電流模式穩壓器具有許多優點。一是電感電流立即適應輸入電壓的變化(V在在圖 1 中)。因此,輸入電壓變化信息直接饋入控制環路,甚至在輸出電壓(V外圖1)跟蹤此輸入電壓變化。
圖1.電流模式穩壓器的基本工作原理。
電流模式控制的優勢令人信服,市場上的大多數開關穩壓器IC都根據這種電流模式控制原理工作。
另一個關鍵優勢是簡化的控制環路補償。電壓模式穩壓器的波特圖顯示雙極;此時,電流模式穩壓器僅產生功率級的一個簡單極點。這會產生90°的相移,而不是雙極的180°。因此,電流模式穩壓器可以更容易地進行補償,從而保持穩定。圖2顯示了典型電流模式穩壓器功率級的簡單傳遞函數。
圖2.通過電流模式控制的簡化控制環路補償,如波特圖所示,功率級中只有一個簡單極點。
但是,除了上述優點外,還存在一些缺點。電流模式穩壓器在開關轉換后無法立即進行所需的電流測量,因為此時噪聲會強烈耦合到測量中。開關引起的噪聲需要幾納秒才能消退。這稱為消隱時間。它通常會導致比電壓模式穩壓器更長的最小導通時間規格。電流模式穩壓器的另一個缺點是原則上可能存在次諧波振蕩。如圖 3 所示。如果需要大于50%的占空比,電流模式穩壓器可以交替執行短脈沖和長脈沖。在許多應用中,這被認為是不穩定的,應該避免。為了解決這個問題,可以在圖1所示的產生的電流斜坡上增加一定的斜坡補償。它可以將臨界占空比閾值提高到遠高于50%,因此即使在較高的占空比下,也不會發生次諧波振蕩。
圖3.開關節點電壓:具有電流模式穩壓器的次諧波振蕩。
即使是前面提到的這些限制,由于消隱時間和由此產生的占空比限制,也可以通過IC設計來規避。例如,一種補救措施是采用低側電流檢測,其中電感電流是在關斷時間而不是導通時間內測量的。
結論
總而言之,開關穩壓器中電流模式控制的優點超過了大多數應用的缺點。并且通過各種電路創新和修改,可以繞過缺點。因此,目前大多數開關穩壓器IC都使用電流模式控制。
審核編輯:郭婷
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