【導讀】在(zai)本(ben)應(ying)用(yong)筆(bi)記(ji)中(zhong)，我(wo)們(men)將(jiang)研(yan)究(jiu)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)的(de)三(san)種(zhong)基(ji)本(ben)控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)。我(wo)們(men)將(jiang)討(tao)論(lun)每(mei)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)優(you)缺(que)點(dian)
，並(bing)就(jiu)正(zheng)確(que)的(de)環(huan)路(lu)補(bu)償(chang)策(ce)略(lve)提(ti)供(gong)指(zhi)導(dao)，以(yi)獲(huo)得(de)快(kuai)速(su)穩(wen)定(ding)的(de)響(xiang)應(ying)。

在(zai)本(ben)應(ying)用(yong)筆(bi)記(ji)中(zhong)，我(wo)們(men)將(jiang)研(yan)究(jiu)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)的(de)三(san)種(zhong)基(ji)本(ben)控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)。我(wo)們(men)將(jiang)討(tao)論(lun)每(mei)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)優(you)缺(que)點(dian)，並(bing)就(jiu)正(zheng)確(que)的(de)環(huan)路(lu)補(bu)償(chang)策(ce)略(lve)提(ti)供(gong)指(zhi)導(dao)
，以(yi)獲(huo)得(de)快(kuai)速(su)穩(wen)定(ding)的(de)響(xiang)應(ying)。

介紹

至少從17世(shi)紀(ji)開(kai)始(shi)，我(wo)們(men)就(jiu)有(you)了(le)線(xian)性(xing)係(xi)統(tong)的(de)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an)。它(ta)們(men)被(bei)用(yong)來(lai)調(tiao)節(jie)磨(mo)石(shi)之(zhi)間(jian)的(de)壓(ya)力(li)和(he)距(ju)離(li)，然(ran)後(hou)，著(zhu)名(ming)的(de)是(shi)

，控(kong)製(zhi)詹(zhan)姆(mu)斯(si)瓦(wa)特(te)的(de)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)。這(zhe)些(xie)早(zao)期(qi)技(ji)術(shu)適(shi)用(yong)於(yu)當(dang)今(jin)使(shi)用(yong)的(de)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)的(de)控(kong)製(zhi)。在(zai)當(dang)今(jin)的(de)電(dian)源(yuan)對(dui)話(hua)中(zhong)，開(kai)關(guan)技(ji)術(shu)是(shi)首(shou)選(xuan)。這(zhe)就(jiu)是(shi)為(wei)什(shen)麼(me)考(kao)慮(lv)控(kong)製(zhi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)原(yuan)因(yin)

，通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)脈(mai)寬(kuan)調(tiao)製(zhi)（PWM）技術。本應用筆記介紹了三種常見的控製方法——恒定導通時間
、電壓模式和電流模式——以及它們的優缺點和實現方式。

最簡單的控製方法：恒定導通時間

恒(heng)定(ding)導(dao)通(tong)時(shi)間(jian)可(ke)能(neng)是(shi)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)電(dian)路(lu)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)。此(ci)方(fang)法(fa)為(wei)輸(shu)出(chu)提(ti)供(gong)固(gu)定(ding)周(zhou)期(qi)的(de)能(neng)量(liang)爆(bao)發(fa)。為(wei)了(le)保(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)
，突(tu)發(fa)的(de)重(zhong)複(fu)率(lv)是(shi)可(ke)變(bian)的(de)。圖(tu)1描miao述shu了le提ti供gong固gu定ding長chang度du脈mai衝chong的de單dan觸chu發fa或huo單dan穩wen態tai脈mai衝chong，使shi輸shu出chu電dian感gan中zhong的de電dian流liu從cong其qi平ping均jun直zhi流liu值zhi線xian性xing上shang升sheng，並bing為wei輸shu出chu電dian容rong充chong電dian。隨sui著zhe脈mai衝chong
，電dian容rong電dian壓ya下xia降jiang。當dang電dian壓ya降jiang至zhi基ji準zhun值zhi以yi下xia時shi

，通tong過guo啟qi動dong下xia一yi個ge導dao通tong脈mai衝chong，我wo們men可ke以yi有you效xiao地di調tiao節jie輸shu出chu電dian壓ya，輕qing負fu載zai產chan生sheng更geng長chang的de關guan斷duan時shi間jian。憑ping借jie其qi正zheng反fan饋kui，該gai電dian路lu的de作zuo用yong類lei似si於yu功gong率lv振zhen蕩dang器qi，因yin此ci有you時shi被bei稱cheng為wei“砰”或“紋波”穩壓器。由於關斷時間可變，電路本質上是可變頻率的。

圖1.持續導通時間控製。

youyuzhezhongfangfameiyoufufankui
，yincibuxuyaohuanlubuchang，bingqiedianlukeyilijiduifuzaibianhuazuochufanying。ciwai，kaolvdaoqingfuzaixiadedipingongzuo
，zhenggefuzaifanweineidexiaolvkenenghengao。

然ran而er
，除chu了le可ke變bian頻pin率lv之zhi外wai，這zhe種zhong方fang法fa也ye有you一yi些xie缺que點dian。該gai電dian路lu確que實shi取qu決jue於yu電dian壓ya紋wen波bo的de存cun在zai，因yin此ci需xu要yao折zhe衷zhong方fang案an，以yi提ti供gong足zu夠gou低di的de紋wen波bo，但dan又you足zu夠gou高gao，以yi使shi控kong製zhi比bi較jiao器qi不bu會hui受shou到dao開kai關guan噪zao聲sheng的de過guo度du影ying響xiang。此ci外wai，還hai缺que乏fa固gu有you的de過guo載zai保bao護hu——負載過大時，頻率會進一步增加，從而增加開關損耗。這就是為什麼通常有一個由圖中標記為“min off”的塊形成的最小關閉時間限製。

一種固定頻率控製方法：電壓模式

電壓模式通常以固定頻率工作，采用PWM。在圖2中
，輸出電壓與基準電壓源和誤差信號V 進行比較E產chan生sheng以yi直zhi接jie控kong製zhi來lai自zi電dian源yuan開kai關guan的de導dao通tong時shi間jian脈mai衝chong的de寬kuan度du。這zhe是shi一yi個ge線xian性xing負fu反fan饋kui環huan路lu，受shou帶dai寬kuan限xian製zhi以yi避bi免mian不bu穩wen定ding，因yin此ci至zhi少shao濾lv除chu開kai關guan頻pin率lv噪zao聲sheng。

圖2.電壓模式控製。

然而，在帶有LC輸出濾波器的降壓轉換器中，高於其諧振頻率的小信號響應存在180度相移，諧振頻率可能隻有幾百Hz。再加上負反饋環路固有的 180 度偏移，為我們提供了 360 度(du)的(de)偏(pian)移(yi)
，如(ru)果(guo)該(gai)頻(pin)率(lv)有(you)任(ren)何(he)環(huan)路(lu)增(zeng)益(yi)
，則(ze)會(hui)導(dao)致(zhi)一(yi)定(ding)的(de)不(bu)穩(wen)定(ding)性(xing)。這(zhe)將(jiang)迫(po)使(shi)我(wo)們(men)以(yi)如(ru)此(ci)低(di)的(de)頻(pin)率(lv)滾(gun)降(jiang)誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)中(zhong)的(de)增(zeng)益(yi)，以(yi)至(zhi)於(yu)環(huan)路(lu)會(hui)非(fei)常(chang)慢(man)。輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)ESR在這裏可能很有用，部分原因是在電容及其ESR的轉折頻率上方，ESR占主導地位，因此輸出電路變成LR網絡

，其相移小於LC。這樣可以有效地擴展環路帶寬。然而
，使用陶瓷輸出電容器時，問題確實會再次出現，而陶瓷輸出電容器幾乎沒有ESR。

在(zai)任(ren)何(he)情(qing)況(kuang)下(xia)，為(wei)了(le)獲(huo)得(de)最(zui)佳(jia)的(de)環(huan)路(lu)速(su)度(du)和(he)輸(shu)出(chu)精(jing)度(du)
，誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)需(xu)要(yao)仔(zai)細(xi)調(tiao)整(zheng)其(qi)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)。雖(sui)然(ran)我(wo)們(men)一(yi)直(zhi)專(zhuan)注(zhu)於(yu)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)，但(dan)這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)也(ye)可(ke)以(yi)很(hen)容(rong)易(yi)地(di)用(yong)於(yu)其(qi)他(ta)拓(tuo)撲(pu)
，例(li)如(ru)升(sheng)壓(ya)、降壓-升壓和所有類型的隔離轉換器，但推挽電路除外。

一種實現更高環路帶寬的方法：電流模式

Cecil Deisch 最初發明了電流模式控製
，以防止推挽式電路中的變壓器“樓梯飽和”


，采用電壓模式控製。然而，不久之後，這種技術在應用於大多數轉換器拓撲時就被認為是有益的。如圖3所示，這種實現類似於電壓模式
，隻是鋸齒斜坡不是單獨生成的;它(ta)源(yuan)自(zi)開(kai)關(guan)導(dao)通(tong)時(shi)間(jian)期(qi)間(jian)的(de)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)斜(xie)坡(po)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)當(dang)達(da)到(dao)特(te)定(ding)的(de)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)時(shi)
，我(wo)們(men)將(jiang)關(guan)閉(bi)開(kai)關(guan)，並(bing)通(tong)過(guo)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)再(zai)次(ci)打(da)開(kai)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)有(you)幾(ji)個(ge)好(hao)處(chu)。輸(shu)出(chu)濾(lv)波(bo)器(qi)現(xian)在(zai)由(you)受(shou)控(kong)電(dian)流(liu)源(yuan)驅(qu)動(dong)
，使(shi)其(qi)成(cheng)為(wei)單(dan)極(ji)點(dian)響(xiang)應(ying)。這(zhe)僅(jin)比(bi)其(qi)轉(zhuan)折(zhe)頻(pin)率(lv)高(gao)出(chu)90度的相移，在整體相位延遲達到360度之前允許更高的環路帶寬。誤差放大器補償器網絡變得不那麼重要，可以更容易地集成到控製IC中。

圖3.電流模式控製。

由(you)於(yu)直(zhi)接(jie)檢(jian)測(ce)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)，因(yin)此(ci)開(kai)關(guan)電(dian)流(liu)可(ke)以(yi)逐(zhu)脈(mai)衝(chong)過(guo)載(zai)限(xian)製(zhi)在(zai)安(an)全(quan)值(zhi)。因(yin)此(ci)，您(nin)可(ke)以(yi)更(geng)接(jie)近(jin)電(dian)感(gan)的(de)磁(ci)飽(bao)和(he)極(ji)限(xian)

，因(yin)為(wei)知(zhi)道(dao)有(you)一(yi)個(ge)快(kuai)速(su)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)可(ke)用(yong)。最(zui)後(hou)
，還(hai)有(you)一(yi)個(ge)自(zi)動(dong)前(qian)饋(kui)機(ji)製(zhi)，可(ke)直(zhi)接(jie)控(kong)製(zhi)輸(shu)入(ru)變(bian)化(hua)的(de)脈(mai)衝(chong)寬(kuan)度(du)。在(zai)電(dian)壓(ya)模(mo)式(shi)電(dian)路(lu)中(zhong)，必(bi)須(xu)等(deng)待(dai)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)通(tong)過(guo)功(gong)率(lv)級(ji)傳(chuan)播(bo)到(dao)輸(shu)出(chu)，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)返(fan)回(hui)，然(ran)後(hou)才(cai)能(neng)進(jin)行(xing)校(xiao)正(zheng)。在(zai)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)下(xia)
，輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)電(dian)感(gan)斜(xie)坡(po)的(de)斜(xie)率(lv)
，具(ju)體(ti)因(yin)素(su)如(ru)下(xia)：

較高的輸入電壓產生更快的斜坡，這意味著您可以更快地達到關斷閾值並獲得更短的脈衝 - 這正是校正更高電壓所需要的。因此
，在電流模式控製的電路中
，線路調節非常好。

負載均流是電流模式控製的另一個優點。如果錯誤信號V相同E應用於幾個相同的轉換器，然後轉換器的峰值電流保持相等，進而保持轉換器的平均電流也相等。

電流模式控製的缺點是什麼
？如果電路工作在50%占(zhan)空(kong)比(bi)以(yi)上(shang)
，則(ze)會(hui)出(chu)現(xian)一(yi)種(zhong)稱(cheng)為(wei)次(ci)諧(xie)波(bo)振(zhen)蕩(dang)的(de)效(xiao)應(ying)。這(zhe)種(zhong)效(xiao)應(ying)似(si)乎(hu)是(shi)由(you)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)在(zai)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)的(de)一(yi)半(ban)處(chu)的(de)增(zeng)益(yi)峰(feng)值(zhi)引(yin)起(qi)的(de)。這(zhe)表(biao)現(xian)為(wei)交(jiao)替(ti)的(de)窄(zhai)功(gong)率(lv)脈(mai)衝(chong)和(he)寬(kuan)功(gong)率(lv)脈(mai)衝(chong)。不(bu)過(guo)，解(jie)決(jue)方(fang)法(fa)非(fei)常(chang)簡(jian)單(dan)——通tong過guo添tian加jia源yuan自zi係xi統tong時shi鍾zhong的de斜xie坡po，人ren為wei地di增zeng加jia了le電dian感gan電dian流liu的de斜xie坡po斜xie率lv。將jiang檢jian測ce電dian流liu斜xie率lv增zeng加jia一yi個ge大da於yu電dian感gan電dian流liu下xia降jiang斜xie率lv一yi半ban的de值zhi就jiu可ke以yi解jie決jue問wen題ti。然ran而er，過guo多duo的de斜xie率lv補bu償chang確que實shi會hui使shi環huan路lu重zhong新xin進jin入ru電dian壓ya模mo式shi，因yin此ci在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia，越yue多duo越yue好hao。

電流模式適用於所有拓撲，但半橋除外，半橋需要額外的複雜性以避免串聯橋式電容器失控的不平衡。

關於極點和零點的提醒

在控製回路中，我們談論極點和零點。這些是在特定頻率下發生的傳遞函數的最大值和最小值，表示增益與頻率圖中的轉折點。

公平的補償

為了保證穩定性並實現最快
、最精確的輸出電壓控製
，電壓模式和電流模式方案需要誤差放大器頻率響應定製或補償。三種方案，稱為I型
，II型和III型，涵蓋了所有實際應用。類型編號對應於誤差放大器響應中的極點數。

圖 4 顯示了這些安排。您可能會將 I 型補償器識別為積分器，其增益從 DC 時的最大值下降 20dB/十倍頻程。相移為恒定的270度（90度積分器加運算放大器的180度）。該電路將保持一些環路穩定，但環路帶寬非常差。

圖4.誤差放大器補償電路。

II型補償器用於電流模式轉換器，具有兩個極點和一個零點。與類型 I 一樣，在 0Hz 處有一個極點，但將零點放置在單輸出濾波器極點出現的最低頻率處。這消除了由極點引起的相移，並增加了增益以阻止由0Hz極點引起的-20dB/十倍頻程增益滾降。這樣做的效果是擴展環路的有用帶寬。最後一個高頻極點可確保在整個環路相移達到360度之前再次降低增益
，並具有一定的裕量。

III型補償器用於電壓模式控製，其中輸出濾波器的雙極點在功率級傳遞函數中引入陡峭的-40dB/十倍頻程增益滾降，快速相位變化為-180度。補償器有兩個零點，再次放置以消除兩個輸出濾波器極點。放置0Hzjidianhelianggegaopinjidianyibaochigaozengyi，bingjiangxiangweiyanchijiangzhijinkenenggaodepinlv。geidingkenengdebianliangshuliang，ninkeyishiyongbutongdejidianlingfangzhifanganlaiyouhuabutongtiaojianxiadejieguo。

使用這些技術，環路可以具有有用的增益和帶寬，最高可達開關頻率的十分之一左右。

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