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2017.01.26 DC/DC

开关稳压器的基础:输出反馈控制方式

开关稳压器的特性和评估方法

开关稳压器的输出电压基本上呈现稳定化,也就是说,具备让已设定电压值维持恒定的功能。为了维持电压稳定,开关稳压器会将输出反馈(feedback)至控制电路。

大致可分为电压模式控制、电流模式控制、迟滞控制等3种方式。

・电压模式控制(PWM例)

电压模式控制(PWM例)

电压模式控制是最基本的方式。反馈环路只反馈输出电压。通过以误差放大器和基准电压做比较后所差距的电压再进一步与三角波做比较,决定PWM讯号的脉冲宽度来控制输出电压。

此方式的优点在于纯电压的反馈环路可进行较简单的控制、可缩短ON时间、抗噪好、抗干扰好。其缺点是,相位补偿电路复杂。外置相位补偿电路,故设计可能较花时间。

电压模式控制

  • 纯电压反馈环路控制简单
  • ON时间缩短
  • 抗噪好
  • 相位补偿电路复杂

・电流模式控制

电流模式控制

电流模式控制是对电压模式控制的改良,是以检测电路电感电流的方式取代电压模式控制环路使用的三角波。或检测晶体管的电流取代电感电流、通过插入电流检测电阻进行检测。

反馈环路分电压环路和电流环路两者,控制虽变得比较复杂,不过有相位补偿电路设计大幅简单化的优点。

其他优点还有反馈环路的稳定性高,负载瞬态响应比电压模式快速。其缺点是,电流检测敏感,噪声多,会影响PWM控制。

电流模式控制

  • 是对电压模式控制的改良,
  • 是以检测电路电感电流的方式取代三角波。
  • 反馈环路的稳定性高
  • 大幅度简化相位补偿电路设计
  • 负载瞬态响应比电压模式高速
  • 要注意电流检测反馈环路的噪声

・迟滞控制(纹波控制)

迟滞控制方式是引脚对需要更高速负载瞬态响应的负载,例如CPU、FPGA等电源要求而开发的方式。因其检测并控制输出的纹波,故也称为纹波控制方式。

迟滞控制(纹波控制)

该方式,不通过误差放大器而以比较器监控输出电压。检测超过或未超过已设定的阈值后,由比较器直接控制开关ON/OFF。方法有两种,一为在ON时间固定下检测不超过的阈值,一为在OFF时间固定下检测超过的阈值,利用上下双方阈值窗口的方式。

其优点,在于由比较器进行直接控制,故瞬态响应极为高速、无须相位补偿。其缺点是,虽然有开关频率会变动、抖动大、检测输出纹波需要ESR(等价串联电阻)较大的输出电容器,随着技术革新,采用此方式的IC逐渐増加。

迟滞(纹波)控制

  • 以比较器直接监控输出
  • 负载瞬态响应速度非常快
  • 反馈环路的稳定性高
  • 无需相位补偿
  • 开关频率会变动
  • 抖动大
  • 检测纹波需要ESR较大的电容器

迟滞(纹波)控制

关键要点:

・开关稳压器的稳定化由反馈控制进行。

・反馈控制大致分为3种,高速瞬态响应则增加迟滞控制。

开关稳压器的特性与评估方法