高效、低紋波DCS-Control實現無縫PWM節(jié)能轉換

采DCS-Control技術的同步降壓轉換器，它是一款可無縫轉換至節(jié)能模式的直接控制調節(jié)拓撲。這種拓撲融合了電壓模式、電流模式以及遲滯控制拓撲的眾多優(yōu)點，并同時實現順滑轉入節(jié)能模式。本文為您介紹DCS-Control拓撲的工作原理，展示其在節(jié)能模式下的低輸出電壓紋波、優(yōu)異的瞬態(tài)響應以及無縫模式轉換性能。

基本工作原理

DC-Control拓撲基本上是一種遲滯拓撲。但是，它整合了幾種電路，同時擁有電壓模式和電流模式拓撲的優(yōu)點。圖1顯示了DC-Control拓撲的基本結構圖(取自TI的TPS62130降壓轉換器產品說明書)。

圖1 DCS-ControlTM拓撲結構圖

DC-Control拓撲的輸入共有兩個：反饋(FB)引腳和輸出電壓檢測(VOS)引腳。大多數DC/DC轉換器的FB引腳輸入表現均相同。它是誤差放大器或者運算放大器的高阻抗輸入，其目的是把FB引腳的誤差信號輸出至某個內部基準電壓VREF。與其它DC/DC轉換器中一樣，誤差放大器提供精確的輸出電壓調節(jié)。在輸出電壓(FB引腳)和接地之間的分壓器，設置輸出電壓的設定點。就一些器件而言，例如：TI的TPS62131等，通過一個VOS引腳分壓器內部連接FB引腳。這樣便可設置輸出電壓，減少2個外部組件，并同時降低FB引腳的敏感度。在誤差放大器周圍包含相應的補償，以確保其穩(wěn)定性。

在輸出電容，VOS引腳直接連接至轉換器的輸出電壓。與FB引腳一樣，它是控制環(huán)路的高阻抗輸入。與FB引腳不同的是，VOS引腳進入某個專有電路，形成電壓斜升。之后，把該電壓斜升與誤差放大器的誤差信號比較，其同電壓模式和電流模式控制的做法一樣。VOS引腳到比較器的通路，讓DCS-Control拓撲擁有快速的遲滯響應。VOS的輸出電壓變化直接饋給比較器，并立即對器件的運行產生影響。正因如此，VOS引腳對噪聲敏感;因此，輸出電壓從輸出電容器返回至器件VOS引腳的路線應盡可能地短和直。VOS引腳電路周圍的相應補償，目的是確保穩(wěn)定性。

之后，比較器向控制電路輸出一個信號，告訴它是否向柵極驅動器輸出一個開關脈沖，以控制高側MOSFET。比較器與計時器電路協同工作，同時提供最迅速的負載瞬態(tài)響應和經過調節(jié)的開關頻率。

根據VOUT與VIN的比率，計時器設置一個能夠擴展比較器“導通”時間控制的最小“導通”時間。器件產品說明書通常會使用一個方程式說明計時器設置的最小“導通”時間，例如：

在這個基于TPS62130的舉例中，目標開關時間為400ns;因此，開關頻率為其倒數，即2.5MHz。由于VOUT/VIN因素，調節(jié)后開關頻率維持在輸入和輸出電壓范圍，其根據某個降壓轉換器的理想占空比調節(jié)最小“導通”時間。因此，“導通”時間方程式還可寫為

低側MOSFET控制較為簡單。在高側MOSFET關閉以后，低側MOSFET開啟，并有效地使電感電流斜降。當電感電流衰減至零，或者比較器讓高側MOSFET再次開啟時，低側MOSFET關閉。施加相應的死時間，以避免MOSFET出現擊穿電流。節(jié)能模式

DCS-Control拓撲的一個關鍵組成部分是其節(jié)能模式。一般而言，大多數節(jié)能模式均在低負載電流時啟用，其通過跳過開關脈沖和降低器件的電流消耗(靜態(tài)電流)來提高轉換效率。跳過開關脈沖讓器件工作在非連續(xù)導電模式(DCM)下，消除負電感電流(從輸出端流向輸入端)，如若不然，它會出現在輕負載條件下。這類電流只會破壞前面開關周期的工作，并帶來更多的損耗，從而降低效率。降低靜態(tài)電流可以提高超輕負載下的效率。

DCS-Control拓撲的節(jié)能模式非常簡單。它的實現電路與前面所述一樣：從節(jié)能模式轉換至PWM模式期間，在兩個不同控制模式之間沒有開關操作。其它一些控制拓撲會在一種節(jié)能模式控制方法和另一種PWM模式方法之間進行開關切換。這樣做，在轉換期間可能會出現電子脈沖干擾和隨機噪聲。本文后面的“無縫轉換”將詳細說明這種現象。

DCS-Control拓撲使用一種簡單的方法實現其節(jié)能模式：如果比較器不需要開關脈沖，則不產生脈沖。因此，如果電感電流