為何在開關穩壓器中，電流模式控制非常重要？
2023-02-07 12:18:58 ADI電源管理專家Frederik Dostal市場上有數千款不同的開關穩壓器，用戶會基于不同的參數選擇所需的類型，例如輸入電壓范圍、輸出電壓范圍、最大輸出電流，以及許多其他參數。本文ADI將針對電流模式進行介紹，這是數據手冊中常見的一項重要特性，同時還會分析此模式的優缺點。
圖1.電流模式穩壓器的基本工作原理
圖1顯示電流模式穩壓器的基本工作原理。這里，不止將反饋電壓與內部基準電壓進行比較，還將其與生成電源開關所需的PWM信號所用的鋸齒形電壓斜坡進行比較。在電壓模式穩壓器中，該斜坡的斜率是固定的。在電流模式穩壓器中，斜率取決于電感電流，由圖1所示的開關節點的電流測量值計算得出。電流模式穩壓器和電壓模式穩壓器的區別就在于此。電流模式穩壓器具有多項優勢。首先是電感電流會隨著輸入電壓（圖1中的VIN）的變化即刻調整。因此，輸入電壓變化信息會直接反饋給控制環路，甚至在輸出電壓（圖1中的VOUT）跟蹤檢測到輸入電壓的這種變化之前。
電流模式控制技術的優勢如此明顯，因而市場上大部分開關穩壓器IC都采用這種電流模式控制工作原理。
圖2.通過電流模式控制實現的簡化控制環路補償，采用波特圖顯示，功率級中僅有一個單極點。
另一個關鍵優勢是經過簡化的控制環路補償。電壓模式穩壓器的波特圖顯示了一個雙極點；與之相比，電流模式穩壓器僅在功率級中生成一個單極點，產生90°相移，而非雙極點的180°相移。因此，對電流模式穩壓器進行補償會更容易，它也更加穩定。圖2顯示了典型的電流模式穩壓器的功率級的簡單轉換函數。
圖3.開關節點電壓：采用電流模式穩壓器的次諧波振蕩
但是，除了提到的優點以外，該穩壓器也有缺點。在進行開關轉換之后，電流模式穩壓器無法立刻實施所需的電流測量，因為如果在此時進行測量，測量結果中會包含大量噪聲。需要等待幾nS，等開關引起的噪聲減弱。這段時間被稱為消隱時間。這通常導致其最短導通時間略長于電壓模式穩壓器的最短導通時間。電流模式穩壓器的另一個缺點是其可能產生次諧波振蕩。如圖3所示。如果所需的占空比大于50%，電流模式穩壓器可能交替執行短脈沖和長脈沖。在許多應用中，這被認為是不穩定的，需要加以避免。在ADI看來，為了避免這種不穩定性，可以向圖1所示的生成的電流斜坡添加一定的斜坡補償。這樣可以將關鍵占空比閾值調節到遠高于50%，保證在更高占空比下，也不會發生次諧波振蕩。
即使是之前提到的這些限制（由消隱時間和其導致的占空比限制導致），也可以通過IC設計進行規避。例如，一種補救方法是采用低端電流檢測，在關斷期間，而非在導通期間測量電感電流。
總而言之，在大部分應用中，電流模式開關穩壓器的優點要大于其缺點。而且可以通過各種電路創新和改進來規避其缺點。所以如今大部分開關穩壓器IC都使用電流模式控制。
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Frederik Dostal是一名擁有20多年行業經驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現場應用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，積累了豐富的經驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開關模式電源產品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個產品線和歐洲技術支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。
