| 本文先簡(jiǎn)單的介紹了電流模式和電壓模式的工作原理和這兩種工作模式它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)；然后探討了理想的電壓模式利用輸出電容esr取樣加入平均電流模式和通過(guò)輸入電壓前饋加入電流模式的工作過(guò)程。也討論了電流模式在輸出輕載或無(wú)負(fù)載時(shí)，在使用大的電感或在占比大于0.5加入斜坡補(bǔ)償后，系統(tǒng)會(huì)從電流模式進(jìn)入電壓模式工作過(guò)程。
目前，電壓模式和電流模式是開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)中常用的兩種控制類(lèi)型。通常在討論這兩種工作模式的時(shí)候，所指的是理想的電壓模式和電流模式。電流模式具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定性好和反饋環(huán)容易設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，其原因在于電流取樣信號(hào)參與反饋，抵消了由電感產(chǎn)生的雙極點(diǎn)中的一個(gè)極點(diǎn)，從而形成單階的系統(tǒng)；但正因?yàn)橛辛穗娏魅有盘?hào)，系統(tǒng)容易受到電流噪聲的干擾而誤動(dòng)作。電壓模式由于沒(méi)有電流取樣信號(hào)參與反饋，系統(tǒng)也就不容易受到電流噪聲的干擾。
然而，在實(shí)際的應(yīng)用中，通�？此茷殡妷耗Ｊ降拈_(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)，即系統(tǒng)沒(méi)有使用電流取樣電阻檢測(cè)電流信號(hào)，但也會(huì)采用其它的方式引入一定程度的電流反饋，從而提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響，如：利用輸出電容esr取樣加入平均電流模式，通過(guò)輸入電壓前饋加入電流模式。另一方面，看似為電流模式的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)，在輸出輕載或無(wú)負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)會(huì)從電流模式進(jìn)入電壓模式。在使用大的電感時(shí)，或在占比大于0.5加入斜坡補(bǔ)償后，系統(tǒng)會(huì)從電流模式向電壓模式過(guò)渡。本文將討論這些問(wèn)題，從而幫助工程師在遇到系統(tǒng)不穩(wěn)定的時(shí)候從理論上分析，找到解決問(wèn)題的辦法。
1 電壓模式的工作原理
反饋環(huán)路只有一個(gè)電壓環(huán)，電壓外環(huán)包括電壓誤差放大器，反饋電阻分壓器和反饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)。電壓誤差放大器的同相端接到一個(gè)參考電壓vref，反饋電阻分壓器連接到電壓誤差放大器反相端vfb，反饋環(huán)節(jié)連接到vfb和電壓誤差放大器的輸出端vc。輸出電壓微小的變化反映到vfb管腳，vfb管腳電壓與參考電壓的差值被電壓誤差放大器放大，然后輸出，輸出值為vc。
電壓誤差放大器輸出連接到pwm比較器的同相端，pwm比較器的反相端輸入信號(hào)為斜波發(fā)生器的輸出的連續(xù)鋸齒波，由時(shí)鐘同步信號(hào)產(chǎn)生。
每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始時(shí)，pwm比較器的反相端電壓為0，pwm比較器輸出為高電平，高端的主mosfet導(dǎo)通，電感所加的電壓為正，電感激磁，電流線性上升；pwm比較器的反相端電壓所加的電壓為時(shí)鐘同步信號(hào)產(chǎn)生的鋸齒波，電壓從0開(kāi)始上升。
當(dāng)pwm比較器的反相端電壓增加到等于電壓誤差放大器輸出電壓vc時(shí)，pwm比較器輸出從高電平翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，高端的主mosfet關(guān)閉，低端的同步mosfet或續(xù)流二極管導(dǎo)通，電感所加的電壓為負(fù)，電感去磁，電流線性下降。下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始的時(shí)鐘同步信號(hào)到來(lái)時(shí)，主mosfet又導(dǎo)通，如此反復(fù)。
從電壓模式工作原理可以看到，系統(tǒng)沒(méi)有內(nèi)置的限流功能保護(hù)電路，同時(shí)對(duì)輸入和輸出的瞬變響應(yīng)緩慢。為了提高系統(tǒng)的可靠性，需要外加限流保護(hù)電路，注意到限流保護(hù)電路只起限流的作用，并不參與系統(tǒng)的內(nèi)部的反饋調(diào)節(jié)。
電壓模式為單反饋環(huán)控制系統(tǒng)，環(huán)路增益是輸出電容esr的函數(shù),因此反饋補(bǔ)償設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，需要更多額外的器件仔細(xì)設(shè)計(jì)補(bǔ)償環(huán)路，來(lái)優(yōu)化負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。另外，需要電解電容或鉭電容穩(wěn)定控制回路以維持良好的高頻響應(yīng)；在相同均方根工作電流的需求下，相同電容值的電解電容或鉭電容比陶瓷電容的體積更大，同時(shí)輸出電壓的波動(dòng)也更大。同時(shí)，由于環(huán)路的增益是輸入電壓的函數(shù),需要輸入電壓前饋。用于限流控制的電流檢測(cè)緩慢不準(zhǔn)確。如果多個(gè)電源和多個(gè)并聯(lián)相位操作,需要外部電路進(jìn)行均流控制。另一方面，由于電流信號(hào)不參與反饋，系統(tǒng)不會(huì)受到電流噪聲的干擾。
電壓模式的反饋設(shè)計(jì)通常取穿越頻率為1/5-1/10的開(kāi)關(guān)頻率。環(huán)路補(bǔ)償采用iii類(lèi)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)：3個(gè)極點(diǎn)和2個(gè)零點(diǎn) [1]。2個(gè)零點(diǎn)安排在l-c諧振雙極點(diǎn)附近，以抵消雙極點(diǎn)產(chǎn)生的相位延遲；低頻積分電路用以提高的低頻直流增益；2個(gè)高頻極點(diǎn)以產(chǎn)年高頻噪聲衰減，保證在0db穿越頻率以上環(huán)路增益保持下降。
2 電流模式的工作原理
在電流模式的結(jié)構(gòu)中，反饋有二個(gè)環(huán)路：一個(gè)電壓外環(huán)，另一個(gè)是電流的內(nèi)環(huán)。電壓外環(huán)包括電壓誤差放大器，反饋電阻分壓器和反饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)。電壓誤差放大器的同相端接到一個(gè)參考電壓vref，反饋電阻分壓器連接到電壓誤差放大器反相端vfb，反饋環(huán)節(jié)連接到vfb和電壓誤差放大器的輸出端ith。若電壓型放大器是跨導(dǎo)型放大器，則反饋環(huán)節(jié)連接到電壓誤差放大器的輸出端ith和地。目前，在高頻dc/dc的應(yīng)用中，跨導(dǎo)型放
| 本文先簡(jiǎn)單的介紹了電流模式和電壓模式的工作原理和這兩種工作模式它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)；然后探討了理想的電壓模式利用輸出電容esr取樣加入平均電流模式和通過(guò)輸入電壓前饋加入電流模式的工作過(guò)程。也討論了電流模式在輸出輕載或無(wú)負(fù)載時(shí)，在使用大的電感或在占比大于0.5加入斜坡補(bǔ)償后，系統(tǒng)會(huì)從電流模式進(jìn)入電壓模式工作過(guò)程。
目前，電壓模式和電流模式是開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)中常用的兩種控制類(lèi)型。通常在討論這兩種工作模式的時(shí)候，所指的是理想的電壓模式和電流模式。電流模式具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定性好和反饋環(huán)容易設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，其原因在于電流取樣信號(hào)參與反饋，抵消了由電感產(chǎn)生的雙極點(diǎn)中的一個(gè)極點(diǎn)，從而形成單階的系統(tǒng)；但正因?yàn)橛辛穗娏魅有盘?hào)，系統(tǒng)容易受到電流噪聲的干擾而誤動(dòng)作。電壓模式由于沒(méi)有電流取樣信號(hào)參與反饋，系統(tǒng)也就不容易受到電流噪聲的干擾。
然而，在實(shí)際的應(yīng)用中，通常看似為電壓模式的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)，即系統(tǒng)沒(méi)有使用電流取樣電阻檢測(cè)電流信號(hào)，但也會(huì)采用其它的方式引入一定程度的電流反饋，從而提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響，如：利用輸出電容esr取樣加入平均電流模式，通過(guò)輸入電壓前饋加入電流模式。另一方面，看似為電流模式的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)，在輸出輕載或無(wú)負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)會(huì)從電流模式進(jìn)入電壓模式。在使用大的電感時(shí)，或在占比大于0.5加入斜坡補(bǔ)償后，系統(tǒng)會(huì)從電流模式向電壓模式過(guò)渡。本文將討論這些問(wèn)題，從而幫助工程師在遇到系統(tǒng)不穩(wěn)定的時(shí)候從理論上分析，找到解決問(wèn)題的辦法。
1 電壓模式的工作原理
反饋環(huán)路只有一個(gè)電壓環(huán)，電壓外環(huán)包括電壓誤差放大器，反饋電阻分壓器和反饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)。電壓誤差放大器的同相端接到一個(gè)參考電壓vref，反饋電阻分壓器連接到電壓誤差放大器反相端vfb，反饋環(huán)節(jié)連接到vfb和電壓誤差放大器的輸出端vc。輸出電壓微小的變化反映到vfb管腳，vfb管腳電壓與參考電壓的差值被電壓誤差放大器放大，然后輸出，輸出值為vc。
電壓誤差放大器輸出連接到pwm比較器的同相端，pwm比較器的反相端輸入信號(hào)為斜波發(fā)生器的輸出的連續(xù)鋸齒波，由時(shí)鐘同步信號(hào)產(chǎn)生。
每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始時(shí)，pwm比較器的反相端電壓為0，pwm比較器輸出為高電平，高端的主mosfet導(dǎo)通，電感所加的電壓為正，電感激磁，電流線性上升；pwm比較器的反相端電壓所加的電壓為時(shí)鐘同步信號(hào)產(chǎn)生的鋸齒波，電壓從0開(kāi)始上升。
當(dāng)pwm比較器的反相端電壓增加到等于電壓誤差放大器輸出電壓vc時(shí)，pwm比較器輸出從高電平翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，高端的主mosfet關(guān)閉，低端的同步mosfet或續(xù)流二極管導(dǎo)通，電感所加的電壓為負(fù)，電感去磁，電流線性下降。下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始的時(shí)鐘同步信號(hào)到來(lái)時(shí)，主mosfet又導(dǎo)通，如此反復(fù)。
從電壓模式工作原理可以看到，系統(tǒng)沒(méi)有內(nèi)置的限流功能保護(hù)電路，同時(shí)對(duì)輸入和輸出的瞬變響應(yīng)緩慢。為了提高系統(tǒng)的可靠性，需要外加限流保護(hù)電路，注意到限流保護(hù)電路只起限流的作用，并不參與系統(tǒng)的內(nèi)部的反饋調(diào)節(jié)。
電壓模式為單反饋環(huán)控制系統(tǒng)，環(huán)路增益是輸出電容esr的函數(shù),因此反饋補(bǔ)償設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，需要更多額外的器件仔細(xì)設(shè)計(jì)補(bǔ)償環(huán)路，來(lái)優(yōu)化負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。另外，需要電解電容或鉭電容穩(wěn)定控制回路以維持良好的高頻響應(yīng)；在相同均方根工作電流的需求下，相同電容值的電解電容或鉭電容比陶瓷電容的體積更大，同時(shí)輸出電壓的波動(dòng)也更大。同時(shí)，由于環(huán)路的增益是輸入電壓的函數(shù),需要輸入電壓前饋。用于限流控制的電流檢測(cè)緩慢不準(zhǔn)確。如果多個(gè)電源和多個(gè)并聯(lián)相位操作,需要外部電路進(jìn)行均流控制。另一方面，由于電流信號(hào)不參與反饋，系統(tǒng)不會(huì)受到電流噪聲的干擾。
電壓模式的反饋設(shè)計(jì)通常取穿越頻率為1/5-1/10的開(kāi)關(guān)頻率。環(huán)路補(bǔ)償采用iii類(lèi)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)：3個(gè)極點(diǎn)和2個(gè)零點(diǎn) [1]。2個(gè)零點(diǎn)安排在l-c諧振雙極點(diǎn)附近，以抵消雙極點(diǎn)產(chǎn)生的相位延遲；低頻積分電路用以提高的低頻直流增益；2個(gè)高頻極點(diǎn)以產(chǎn)年高頻噪聲衰減，保證在0db穿越頻率以上環(huán)路增益保持下降。
2 電流模式的工作原理
在電流模式的結(jié)構(gòu)中，反饋有二個(gè)環(huán)路：一個(gè)電壓外環(huán)，另一個(gè)是電流的內(nèi)環(huán)。電壓外環(huán)包括電壓誤差放大器，反饋電阻分壓器和反饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)。電壓誤差放大器的同相端接到一個(gè)參考電壓vref，反饋電阻分壓器連接到電壓誤差放大器反相端vfb，反饋環(huán)節(jié)連接到vfb和電壓誤差放大器的輸出端ith。若電壓型放大器是跨導(dǎo)型放大器，則反饋環(huán)節(jié)連接到電壓誤差放大器的輸出端ith和地。目前，在高頻dc/dc的應(yīng)用中，跨導(dǎo)型放
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