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为何在开关稳压器中,电流模式控制非常重要?

2023-01-31 16:42:16 ADI电源管理专家Frederik Dostal 阅读:
市场上有数千款不同的开关稳压器,用户会基于不同的参数选择所需的类型,例如输入电压范围、输出电压范围、最大输出电流,以及许多其他参数。本文ADI将针对电流模式进行介绍,这是数据手册中常见的一项重要特性,同时还会分析此模式的优缺点。

市场上有数千款不同的开关稳压器,用户会基于不同的参数选择所需的类型,例如输入电压范围、输出电压范围、最大输出电流,以及许多其他参数。本文ADI将针对电流模式进行介绍,这是数据手册中常见的一项重要特性,同时还会分析此模式的优缺点。i95ednc

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1.电流模式稳压器的基本工作原理i95ednc

电流模式稳压器解析

图1显示电流模式稳压器的基本工作原理。这里,不止将反馈电压与内部基准电压进行比较,还将其与生成电源开关所需的PWM信号所用的锯齿形电压斜坡进行比较。在电压模式稳压器中,该斜坡的斜率是固定的。在电流模式稳压器中,斜率取决于电感电流,由图1所示的开关节点的电流测量值计算得出。电流模式稳压器和电压模式稳压器的区别就在于此。电流模式稳压器具有多项优势。首先是电感电流会随着输入电压(图1中的VIN)的变化即刻调整。因此,输入电压变化信息会直接反馈给控制环路,甚至在输出电压(图1中的VOUT)跟踪检测到输入电压的这种变化之前。i95ednc

电流模式控制技术的优势如此明显,因而市场上大部分开关稳压器IC都采用这种电流模式控制工作原理。i95ednc

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2.通过电流模式控制实现的简化控制环路补偿,采用波特图显示,功率级中仅有一个单极点。i95ednc

另一个关键优势是经过简化的控制环路补偿。电压模式稳压器的波特图显示了一个双极点;与之相比,电流模式稳压器仅在功率级中生成一个单极点,产生90°相移,而非双极点的180°相移。因此,对电流模式稳压器进行补偿会更容易,它也更加稳定。图2显示了典型的电流模式稳压器的功率级的简单转换函数。i95ednc

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3.开关节点电压:采用电流模式稳压器的次谐波振荡i95ednc

但是,除了提到的优点以外,该稳压器也有缺点。在进行开关转换之后,电流模式稳压器无法立刻实施所需的电流测量,因为如果在此时进行测量,测量结果中会包含大量噪声。需要等待几nS,等开关引起的噪声减弱。这段时间被称为消隐时间。这通常导致其最短导通时间略长于电压模式稳压器的最短导通时间。电流模式稳压器的另一个缺点是其可能产生次谐波振荡。如图3所示。如果所需的占空比大于50%,电流模式稳压器可能交替执行短脉冲和长脉冲。在许多应用中,这被认为是不稳定的,需要加以避免。在ADI看来,为了避免这种不稳定性,可以向图1所示的生成的电流斜坡添加一定的斜坡补偿。这样可以将关键占空比阈值调节到远高于50%,保证在更高占空比下,也不会发生次谐波振荡。i95ednc

即使是之前提到的这些限制(由消隐时间和其导致的占空比限制导致),也可以通过IC设计进行规避。例如,一种补救方法是采用低端电流检测,在关断期间,而非在导通期间测量电感电流。i95ednc

结论

总而言之,在大部分应用中,电流模式开关稳压器的优点要大于其缺点。而且可以通过各种电路创新和改进来规避其缺点。所以如今大部分开关稳压器IC都使用电流模式控制。i95ednc

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关于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司,致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁,以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案,推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展,应对气候变化挑战,并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2022财年收入超过120亿美元,全球员工2.4万余人。携手全球12.5万家客户,ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息,请访问www.analog.com/cni95ednc

关于作者

Frederik Dostal是一名拥有20多年行业经验的电源管理专家。他曾就读于德国埃尔兰根大学微电子学专业并于2001年加入National Semiconductor公司,担任现场应用工程师,帮助客户在项目中实施电源管理解决方案,积累了丰富的经验。在此期间,他还在美国亚利桑那州凤凰城工作了4年,担任应用工程师,负责开关模式电源产品。他于2009年加入ADI公司,先后担任多个产品线和欧洲技术支持职位,具备广泛的设计和应用知识,目前担任电源管理专家。Frederik在ADI的德国慕尼黑分公司工作。i95ednc

责编:Franklin
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