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2016.07.12 DC/DC

控制方式 (电压模式、电流模式、迟滞控制)

开关稳压器的基础

最初已经说明开关稳压器的反馈(feedback)控制方式有电压模式、电流模式、迟滞控制等3种。开关稳压器也与线性稳压器同样通过反馈电路进行稳定化。在这里,加以详细说明。由于各有优点和缺点,因此该选择何种方式必须考虑平衡点。

电压模式
电压模式控制是最基本的方式。透过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。其缺点是,相位补偿电路复杂可能使设计变麻烦。

图47

图47

电流模式
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使用的三角波。或检测晶体管的电流取代电感电流、通过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,因电流检测敏感故所以噪声弱,不过最近此部分因内置于IC而问题变少。

图48

图48

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。该方式,不通过误差放大器而以比较器直接监控输出电压。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。

图49

图49

该方式的优点,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。例如,在IC内部反馈原本出现于输出的纹波而得以使用ESR小的陶瓷电容器,使输出纹波变小。

图50

图50

关键要点:

・探讨各种控制方式的特征、优点/缺点,选择最适合设计的方法。

线性稳压器与开关稳压器的基础