利用電流模式控制實現(xiàn)寬輸入電壓 DCDC 轉(zhuǎn)換

電流模式控制(CMC)是一種非常流行的直流-直流轉(zhuǎn)換器回路架構(gòu)，這是有充分理由的。簡單的操作和動態(tài)可以實現(xiàn)，即使有兩個循環(huán)，一個寬帶電流循環(huán)潛伏在一個外部電壓回路內(nèi)，是必需的。峰值，山谷，平均，滯后，常數(shù)準時，常數(shù)關(guān)閉時間和模擬電流模式。每一種技術(shù)都提供與有關(guān)的優(yōu)點整體設(shè)計。

在這篇文章的兩部分系列的第一部分中，我們強調(diào)了在固定頻率下的回路穩(wěn)定性的基本原理，自然采樣，峰值電流模式，降壓衍生轉(zhuǎn)換器，特別用于工業(yè)和汽車申請在簡要回顧了峰谷電流模式架構(gòu)的運行原理之后，提出了峰值電流模式控制的小信號模型，包括控制-輸出傳遞函數(shù)細節(jié)電流回路的設(shè)計，包括坡度補償條件。只有讀者對當前模式控制回路補償感興趣的部分應(yīng)該參考接下來的第2部分，其中有一個例子

使用市面上的直流-直流調(diào)節(jié)器。

電流模式控制方案

在各種形式的電流模式控制中，應(yīng)用最廣泛的是峰值電流模式控制坡度補償，與其廣泛采用電源管理IC制造商和電源設(shè)備供應(yīng)商。主要是導(dǎo)致峰值電流模式控制流行的因素之一是它的直接補償，固有的逐循環(huán)過電流保護，自動輸入電壓前饋，并更容易實現(xiàn)電流共享的多階段可伸縮性。缺點是當前的回路噪聲靈敏度和開關(guān)最小準時的限制，特別是在非隔離轉(zhuǎn)換器具有高降壓比的應(yīng)用程序。

仿真架構(gòu)在一定程度上緩解了這些缺陷。谷電流模式控制，在另一方面，其線路前饋特性較差，要求坡度的實現(xiàn)較困難補償另一種選擇是，滯后控制具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)，但也改變了開關(guān)頻率跨越線路和負載。這使得電磁干擾(EMI)的濾波更加困難。

同時，平均電流模式控制，適合其高電流回路增益，是完美的電流源申請廣泛應(yīng)用于PFC升壓預(yù)調(diào)節(jié)器和電池充電電路，得益于改進避開斜坡時的抗噪聲性和更好的不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)操作補償要求。然而，補償兩個循環(huán)的需要破壞了它的更廣泛的使用方法。

峰谷電流模式控制綜述

圖1中的轉(zhuǎn)換器表示在連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)下工作的單相降壓拓撲請注意，濾波器電感器DCR和輸出電容等效串聯(lián)電阻(ESR)為顯式顯示。其他降壓衍生的功率級拓撲，包括多相降壓，隔離向前，全

橋接，和電壓饋電的推拉可以替代這里，同時保持一個類似的回路配置(反饋隔離除外。)

在這種峰值或谷電流模式結(jié)構(gòu)中，電感電流的狀態(tài)自然地由PWM比較器。外部電壓回路采用了一個ii型補償電路和一個常規(guī)的操作電路跨導(dǎo)誤差放大器(EA)顯示為其反相輸入，標記為反饋(FB)節(jié)點，連接

到反饋電阻Rfb1和Rfb2。

一個補償?shù)恼`差信號出現(xiàn)在EA輸出，標記為COMP，外部電壓回路，從而提供對內(nèi)部電流循環(huán)的參考命令。COMP有效地表示了已編程的電感器電流水平電流回路將電感器轉(zhuǎn)換為一個準理想的壓控電流源：一種方法是通過至少在直流和低頻時，電感從外環(huán)動力學(xué)中移除。

圖1中的示意圖將電流傳感器定位在電感器之后。該實現(xiàn)可以是一個離散的分流電阻，或使用MOSFET狀態(tài)電阻或電感DCR。也是同樣的，co集成MOSFET和控制器—使用單片芯片或多個芯片共同封裝在多芯片中模塊—便于無損耗電流感應(yīng)。在任何情況下，等效的線性放大倍數(shù)是由方程1

Ri = Gi Rs [W ](1)

其中，Gi為電流感測放大器的增益(如果使用)，Rs為電流傳感器的增益。一個完美的電流模式轉(zhuǎn)換器只涉及直流電流，或電感器電流的平均值。在實踐中，一個在電流模式實現(xiàn)中，對平均電感電流存在采樣電流誤差。這樣的錯誤表現(xiàn)為電流回路次諧波在占空比大于或小于50%的次諧波振蕩山谷操作，分別。邊坡補償是一種眾所周知且廣泛應(yīng)用的添加技術(shù)斜坡到感應(yīng)電感電流，以避免次諧波振蕩的風(fēng)險。

圖2a說明了當時鐘邊緣設(shè)置PWM鎖存器時，如何激活開啟命令。關(guān)斷當感知到的電感電流峰值加坡度補償斜坡到達COMP時，出現(xiàn)命令水平PWM比較器會重置PWM鎖存器。這被稱為后緣調(diào)制。Se是

外坡補償斜坡坡度和Sn、Sf是感測的準時和停機坡度電流信號。

同樣，圖2b顯示了具有前沿的谷電流模式控制的等效波形和時序調(diào)制請注意，圖1中的PWM鎖存器的S和R輸入必須適當?shù)剡B接到特定的實現(xiàn).

利用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路實現(xiàn)寬 V IN性能

包括帶隙基準、誤差放大器和 PWM 比較器，電流模式控制環(huán)路的結(jié)構(gòu)與電壓模式控制環(huán)路的結(jié)構(gòu)非常相似，其根本區(qū)別在于增加了一個內(nèi)部寬-帶寬電流回路。峰值、谷值和仿真電流模式技術(shù)現(xiàn)已得到充分驗證和確立，從而實現(xiàn)了簡單的操作和動態(tài)。以下是主要優(yōu)點：

1.使用相對簡單的環(huán)路補償進行準確的輸出調(diào)節(jié);

2.通過自動輸入電壓前饋實現(xiàn)更好的線路瞬態(tài)抑制;

3.來自寬占空比工作范圍的高升壓/降壓轉(zhuǎn)換比;

4.對瞬時 MOSFET 電流進行逐周期限流，使設(shè)計更簡單可靠;

5.通過輸入輸出斷開實現(xiàn)真正的升壓轉(zhuǎn)換器啟動和短路故障保護。

事實上，電流模式控制提供了滿足其他性能目標的機會，例如多相電流共享/可堆疊性、負載電流遙測報告和EMC合規(guī)性。對于后者，大多數(shù)類型的電流模式控制的固定開關(guān)頻率簡化了 EMI 濾波器設(shè)計，從而更容易符合各種發(fā)布機構(gòu)規(guī)定的EMC 指令。符合監(jiān)管規(guī)范顯然是一個越來越重要的電源解決方案基準。

總結(jié)：

了解電流模式控制的直流-直流轉(zhuǎn)換器的操作是任何重要的第一步設(shè)計者希望應(yīng)用當前模式控制。本文將了特定屬性關(guān)于峰谷電流模式架構(gòu)。此外，這里顯示的是小信號模型說明了獲得對使用峰值設(shè)計轉(zhuǎn)換器的有用見解所需的關(guān)鍵考慮事項電流模式控制。