利用電流模式控制實(shí)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(jiǎn)單的操作和動(dòng)態(tài)可以實(shí)現(xiàn)，即使有兩個(gè)循環(huán)，一個(gè)寬帶電流循環(huán)潛伏在一個(gè)外部電壓回路內(nèi)，是必需的。峰值，山谷，平均，滯后，常數(shù)準(zhǔn)時(shí)，常數(shù)關(guān)閉時(shí)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(diǎn)整體設(shè)計(jì)。

在這篇文章的兩部分系列的第一部分中，我們強(qiáng)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(qǐng)?jiān)诤?jiǎn)要回顧了峰谷電流模式架構(gòu)的運(yùn)行原理之后，提出了峰值電流模式控制的小信號(hào)模型，包括控制-輸出傳遞函數(shù)細(xì)節(jié)電流回路的設(shè)計(jì)，包括坡度補(bǔ)償條件。只有讀者對(duì)當(dāng)前模式控制回路補(bǔ)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(gè)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(bǔ)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(bǔ)償，固有的逐循環(huán)過電流保護(hù)，自動(dòng)輸入電壓前饋，并更容易實(shí)現(xiàn)電流共享的多階段可伸縮性。缺點(diǎn)是當(dāng)前的回路噪聲靈敏度和開關(guān)最小準(zhǔn)時(shí)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(shí)現(xiàn)較困難補(bǔ)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(fù)載。這使得電磁干擾(EMI)的濾波更加困難。

同時(shí)，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(qǐng)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(jìn)避開斜坡時(shí)的抗噪聲性和更好的不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)操作補(bǔ)償要求。然而，補(bǔ)償兩個(gè)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?fù)湔?qǐng)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(jí)拓?fù)?，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(shí)保持一個(gè)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(gè)ii型補(bǔ)償電路和一個(gè)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(biāo)記為反饋(FB)節(jié)點(diǎn)，連接

到反饋電阻Rfb1和Rfb2。

一個(gè)補(bǔ)償?shù)恼`差信號(hào)出現(xiàn)在EA輸出，標(biāo)記為COMP，外部電壓回路，從而提供對(duì)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(gè)準(zhǔn)理想的壓控電流源：一種方法是通過至少在直流和低頻時(shí)，電感從外環(huán)動(dòng)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(shí)現(xiàn)可以是一個(gè)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(gè)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(cè)放大器的增益(如果使用)，Rs為電流傳感器的增益。一個(gè)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(shí)踐中，一個(gè)在電流模式實(shí)現(xiàn)中，對(duì)平均電感電流存在采樣電流誤差。這樣的錯(cuò)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(bǔ)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(xiǎn)。

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

外坡補(bǔ)償斜坡坡度和Sn、Sf是感測(cè)的準(zhǔn)時(shí)和停機(jī)坡度電流信號(hào)。

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(shí)序調(diào)制請(qǐng)注意，圖1中的PWM鎖存器的S和R輸入必須適當(dāng)?shù)剡B接到特定的實(shí)現(xiàn).

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

包括帶隙基準(zhǔn)、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(gè)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(yàn)證和確立，從而實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的操作和動(dòng)態(tài)。以下是主要優(yōu)點(diǎn)：

1.使用相對(duì)簡(jiǎn)單的環(huán)路補(bǔ)償進(jìn)行準(zhǔn)確的輸出調(diào)節(jié);

2.通過自動(dòng)輸入電壓前饋實(shí)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(duì)瞬時(shí) MOSFET 電流進(jìn)行逐周期限流，使設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單可靠;

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

事實(shí)上，電流模式控制提供了滿足其他性能目標(biāo)的機(jī)會(huì)，例如多相電流共享/可堆疊性、負(fù)載電流遙測(cè)報(bào)告和EMC合規(guī)性。對(duì)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(jiǎn)化了 EMI 濾波器設(shè)計(jì)，從而更容易符合各種發(fā)布機(jī)構(gòu)規(guī)定的EMC 指令。符合監(jiān)管規(guī)范顯然是一個(gè)越來越重要的電源解決方案基準(zhǔn)。

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(jì)者希望應(yīng)用當(dāng)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(hào)模型說明了獲得對(duì)使用峰值設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器的有用見解所需的關(guān)鍵考慮事項(xiàng)電流模式控制。