降壓開關(guān)電源設(shè)計(jì)過(guò)程中如何選擇控制技術(shù)

(3)

　　這里，Ri是電流檢測(cè)增益:Ri=Ai·Rs (4)

　　D’是關(guān)工作周期:D’=1-D (5)

　　斜波補(bǔ)償因子表示為:

(6)

　　其中，Se是校正斜坡的斜率， Sn是檢測(cè)到的電流波形的斜率。

(7)

　　阻尼因子表示為：

(8)

　　公式(3)中的第一項(xiàng)表明增益是負(fù)載阻抗RL和電流檢測(cè)增益Ri的函數(shù)。第二項(xiàng)給出了斜波補(bǔ)償項(xiàng)。當(dāng)校正斜坡斜率Se大于電流波形的正斜率Sn時(shí)，斜波補(bǔ)償因子Mc充分增加，從而對(duì)增益進(jìn)行衰減。

　　第三項(xiàng)給出了起決定作用的低頻特性。它具有一個(gè)由輸出電容的ESR引入的零點(diǎn)，以及單極點(diǎn)wp，該極點(diǎn)的數(shù)值由輸出電容和負(fù)載阻抗決定。

　　第四項(xiàng)包含兩個(gè)位于開關(guān)頻率一半處的極點(diǎn)。這些極點(diǎn)的峰值受阻尼因子Qp控制，而阻尼因子又進(jìn)一步受校正斜坡控制。如果斜坡太小，這些極點(diǎn)將使調(diào)節(jié)器的環(huán)路增益到達(dá)最高點(diǎn)，如果占空比大于50%，在一半開關(guān)頻率處的環(huán)路增益將超過(guò)0dB。這將導(dǎo)致電流模式控制發(fā)生次諧波振蕩。

　　電流模式控制最主要的弱點(diǎn)在于，難以測(cè)量具有小占空比的電流。這種測(cè)量方式易受噪聲影響，并且調(diào)制有時(shí)可能會(huì)不穩(wěn)定。

　　磁滯控制技術(shù)：簡(jiǎn)單快速

　另一個(gè)可能的方案是磁滯控制技術(shù)(見圖3)。調(diào)制器就是一個(gè)具備內(nèi)置輸入磁滯(幾毫伏)的比較器，用于比較反饋電壓和參考電壓。當(dāng)反饋電壓大于參考電壓半個(gè)磁滯電壓時(shí)，比較器的輸出變低，關(guān)閉開關(guān)。開關(guān)將一直保持關(guān)閉狀態(tài)，直到反饋電壓跌到比參考電壓低半個(gè)磁滯電壓為止。

　　圖3 磁滯降壓穩(wěn)壓器的基本架構(gòu)(LM3485)

　　這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以對(duì)負(fù)載瞬態(tài)變化做出極快的響應(yīng)，非常簡(jiǎn)單而且不需要頻率補(bǔ)償。

　　這種方案的主要問(wèn)題在于開關(guān)頻率不是由振蕩器設(shè)定，不恒定而且依賴于很多變量。開關(guān)頻率很大程度上依賴于元件參數(shù)和工作條件的變化。輸入電壓、負(fù)載電流、電感值和輸出電容(特別是它的等效串聯(lián)電阻ESR)都對(duì)開關(guān)頻率有很大影響。

　　這種控制DC電壓的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單的控制環(huán)路。很容易使控制器穩(wěn)定。

　　控制環(huán)路不僅穩(wěn)定而且響應(yīng)非常迅速(響應(yīng)延遲僅為90ns)。與大占空比(達(dá)到100%)特性相結(jié)合，可以產(chǎn)生非常迅速的瞬態(tài)響應(yīng)。與競(jìng)爭(zhēng)的調(diào)節(jié)器架構(gòu)(PWM電流模式或電壓模式)相比，它更具有優(yōu)勢(shì)。

　　由于開關(guān)頻率不是由可控振蕩器設(shè)定，它將隨不同的外部元件和輸入電壓的變化而發(fā)生變化。如果在特定應(yīng)用中要求開關(guān)頻率固定，將很難找到合適的設(shè)計(jì)方案。

　　恒定開啟時(shí)間的磁滯控制技術(shù)

　　如上所述，磁滯控制技術(shù)具備一些有趣的優(yōu)勢(shì)，唯一的問(wèn)題在于開關(guān)頻率不可預(yù)測(cè)。

　　如果在一個(gè)傳統(tǒng)的磁滯控制技術(shù)中，加入與輸入電壓成反比的單次觸發(fā)開啟時(shí)間，開關(guān)頻率就會(huì)保持相對(duì)恒定?？梢詰?yīng)用于任意降壓調(diào)節(jié)器(工作在連續(xù)導(dǎo)通模式)的基本降壓調(diào)節(jié)器公式定義了降壓開關(guān)的占空比D。

　　D=Vout/Vin =Ton·Fs (9)

　　其中，Ton是開啟時(shí)間， Fs 是工作頻率。

　　如果把開啟時(shí)間設(shè)定成與輸入電壓Vin成反比。

　　Ton=K·Ron/Vin (10)

　　其中，K是常數(shù)，Ron是可編程電阻，把公式(10)中的Ton代入到公式(9)中，解出Fs 。

　　Fs =Vout/(K·Ron) (11)

　　既然Vout、 K和Ron都是常數(shù)，工作頻率也將是常數(shù)。實(shí)際上，真實(shí)的工作頻率將會(huì)變化大約10%，這由單次觸發(fā)的非線性、傳播延遲和非理想的開關(guān)壓降造成。

　　通過(guò)以上討論可以看到，該技術(shù)使整個(gè)系統(tǒng)解決方案的成本大大降低。由于不存在環(huán)路補(bǔ)償或穩(wěn)定性問(wèn)題，這種概念很容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，由于電路不 需要反饋元件(會(huì)限制帶寬)，瞬態(tài)響應(yīng)將會(huì)非常迅速。正是由于上述因素，這種概念把PWM固定頻率原理和磁滯模式的很多優(yōu)點(diǎn)結(jié)合到了一種解決方案中。