為何在開關(guān)穩(wěn)壓器中，電流模式控制非常重要？

市場上有數(shù)千款不同的開關(guān)穩(wěn)壓器，用戶會(huì)基于不同的參數(shù)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(shù)。本文ADI將針對(duì)電流模式進(jìn)行介紹，這是數(shù)據(jù)手冊(cè)中常見的一項(xiàng)重要特性，同時(shí)還會(huì)分析此模式的優(yōu)缺點(diǎn)。

市場上有數(shù)千款不同的開關(guān)穩(wěn)壓器，用戶會(huì)基于不同的參數(shù)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(shù)。本文ADI將針對(duì)電流模式進(jìn)行介紹，這是數(shù)據(jù)手冊(cè)中常見的一項(xiàng)重要特性，同時(shí)還會(huì)分析此模式的優(yōu)缺點(diǎn)。

圖1.電流模式穩(wěn)壓器的基本工作原理

電流模式穩(wěn)壓器解析

圖1顯示電流模式穩(wěn)壓器的基本工作原理。這里，不止將反饋電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，還將其與生成電源開關(guān)所需的PWM信號(hào)所用的鋸齒形電壓斜坡進(jìn)行比較。在電壓模式穩(wěn)壓器中，該斜坡的斜率是固定的。在電流模式穩(wěn)壓器中，斜率取決于電感電流，由圖1所示的開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電流測量值計(jì)算得出。電流模式穩(wěn)壓器和電壓模式穩(wěn)壓器的區(qū)別就在于此。電流模式穩(wěn)壓器具有多項(xiàng)優(yōu)勢。首先是電感電流會(huì)隨著輸入電壓（圖1中的VIN）的變化即刻調(diào)整。因此，輸入電壓變化信息會(huì)直接反饋給控制環(huán)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(shù)的優(yōu)勢如此明顯，因而市場上大部分開關(guān)穩(wěn)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(shí)現(xiàn)的簡化控制環(huán)路補(bǔ)償，采用波特圖顯示，功率級(jí)中僅有一個(gè)單極點(diǎn)。

另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是經(jīng)過簡化的控制環(huán)路補(bǔ)償。電壓模式穩(wěn)壓器的波特圖顯示了一個(gè)雙極點(diǎn)；與之相比，電流模式穩(wěn)壓器僅在功率級(jí)中生成一個(gè)單極點(diǎn)，產(chǎn)生90°相移，而非雙極點(diǎn)的180°相移。因此，對(duì)電流模式穩(wěn)壓器進(jìn)行補(bǔ)償會(huì)更容易，它也更加穩(wěn)定。圖2顯示了典型的電流模式穩(wěn)壓器的功率級(jí)的簡單轉(zhuǎn)換函數(shù)。

圖3.開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓：采用電流模式穩(wěn)壓器的次諧波振蕩

但是，除了提到的優(yōu)點(diǎn)以外，該穩(wěn)壓器也有缺點(diǎn)。在進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換之后，電流模式穩(wěn)壓器無法立刻實(shí)施所需的電流測量，因?yàn)槿绻诖藭r(shí)進(jìn)行測量，測量結(jié)果中會(huì)包含大量噪聲。需要等待幾nS，等開關(guān)引起的噪聲減弱。這段時(shí)間被稱為消隱時(shí)間。這通常導(dǎo)致其最短導(dǎo)通時(shí)間略長于電壓模式穩(wěn)壓器的最短導(dǎo)通時(shí)間。電流模式穩(wěn)壓器的另一個(gè)缺點(diǎn)是其可能產(chǎn)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(wěn)壓器可能交替執(zhí)行短脈沖和長脈沖。在許多應(yīng)用中，這被認(rèn)為是不穩(wěn)定的，需要加以避免。在ADI看來，為了避免這種不穩(wěn)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(bǔ)償。這樣可以將關(guān)鍵占空比閾值調(diào)節(jié)到遠(yuǎn)高于50%，保證在更高占空比下，也不會(huì)發(fā)生次諧波振蕩。

即使是之前提到的這些限制（由消隱時(shí)間和其導(dǎo)致的占空比限制導(dǎo)致），也可以通過IC設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)避。例如，一種補(bǔ)救方法是采用低端電流檢測，在關(guān)斷期間，而非在導(dǎo)通期間測量電感電流。

結(jié)論

總而言之，在大部分應(yīng)用中，電流模式開關(guān)穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)要大于其缺點(diǎn)。而且可以通過各種電路創(chuàng)新和改進(jìn)來規(guī)避其缺點(diǎn)。所以如今大部分開關(guān)穩(wěn)壓器IC都使用電流模式控制。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財(cái)年收入超過120億美元，全球員工2.4萬余人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。

（來源：ADI公司，作者：Frederik Dostal，ADI公司電源管理專家）