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【热文分享】为何在开关稳压器中,电流模式控制非常重要?

市场上有数千款不同的开关稳压器。用户基于不同的参数选择所需的类型,例如输入电压范围、输出电压范围、最大输出电流,以及许多其他参数。本文介绍电流模式,这是数据手册中常见的一项重要特性,并介绍该模式的优缺点。

电流模式稳压器解析

图1显示电流模式稳压器的基本工作原理。这里,不止将反馈电压与内部基准电压进行比较,还将其与生成电源开关所需的PWM信号所用的锯齿形电压斜坡进行比较。在电压模式稳压器中,该斜坡的斜率是固定的。在电流模式稳压器中,斜率取决于电感电流,由图1所示的开关节点的电流测量值计算得出。电流模式稳压器和电压模式稳压器的区别就在于此。电流模式稳压器具有多项优势。首先是电感电流会随着输入电压(图1中的VIN)的变化即刻调整。因此,输入电压变化信息会直接反馈给控制环路,甚至在输出电压(图1中的VOUT)跟踪检测到输入电压的这种变化之前。

图1. 电流模式稳压器的基本工作原理。

电流模式控制技术的优势如此明显,因而市场上大部分开关稳压器IC都采用这种电流模式控制工作原理。

另一个关键优势是经过简化的控制环路补偿。电压模式稳压器的波特图显示了一个双极点;与之相比,电流模式稳压器仅在功率级中生成一个单极点,产生90°相移,而非双极点的180°相移。因此,对电流模式稳压器进行补偿会更容易,它也更加稳定。图2显示了典型的电流模式稳压器的功率级的简单转换函数。

图2. 通过电流模式控制实现的简化控制环路补偿,采用波特图显示,功率级中仅有一个单极点。

但是,除了提到的优点以外,该稳压器也有缺点。在进行开关转换之后,电流模式稳压器无法立刻实施所需的电流测量,因为如果在此时进行测量,测量结果中会包含大量噪声。需要等待几nS,等开关引起的噪声减弱。这段时间被称为消隐时间。这通常导致其最短导通时间略长于电压模式稳压器的最短导通时间。电流模式稳压器的另一个缺点是其可能产生次谐波振荡。如图3所示。如果所需的占空比大于50%,电流模式稳压器可能交替执行短脉冲和长脉冲。在许多应用中,这被认为是不稳定的,需要加以避免。为了避免这种不稳定性,可以向图1所示的生成的电流斜坡添加一定的斜坡补偿。这样可以将关键占空比阈值调节到远高于50%,保证在更高占空比下,也不会发生次谐波振荡。

图3. 开关节点电压:采用电流模式稳压器的次谐波振荡。

即使是之前提到的这些限制(由消隐时间和其导致的占空比限制导致),也可以通过IC设计进行规避。例如,一种补救方法是采用低端电流检测,在关断期间,而非在导通期间测量电感电流。

结语

总而言之,在大部分应用中,电流模式开关稳压器的优点要大于其缺点。而且,可以通过各种电路创新和改进来规避其缺点。所以如今,大部分开关稳压器IC都使用电流模式控制。