脈寬調制(PWM) 控制被歸為兩種基本類(lèi)型：電壓模式和電流模式。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本文只討論采用輸入電壓前饋的電壓模式控制。有關(guān)電壓模式與電流模式更為詳細的比較，請見(jiàn)參考文獻1。圖1 示出了降壓轉換器中電壓模式控制的基本方框圖2。

　　

圖1：電壓模式控制包括了誤差放大器、時(shí)鐘和內部基準電壓(VREF)

　　

當采用電壓模式控制來(lái)調節輸出電壓時(shí)，它通過(guò)一個(gè)連接至其反饋(FB) 輸入的阻性分壓器來(lái)檢測輸出電壓的縮小版。具有高增益的誤差放大器隨后將該FB信號與一個(gè)高準確度內部基準電壓進(jìn)行比較。圍繞誤差放大器的環(huán)路補償電路負責保持系統的穩定。

　　

電壓模式控制擁有諸多的優(yōu)勢。通過(guò)僅調節輸出電壓和其他良好受控的內部信號(比如：時(shí)鐘和內部基準電壓)，該拓撲具備非常強的抗噪聲能力。而且它還相當地簡(jiǎn)單明了。利用輸入電壓前饋保持了簡(jiǎn)單性，以在不斷變化的輸入電壓條件下維持恒定的環(huán)路增益。此外，輸入電壓前饋還可大幅改善針對線(xiàn)路電壓瞬變的響應。最后，時(shí)鐘實(shí)現了開(kāi)關(guān)頻率的控制，包括使電路同步至一個(gè)外部時(shí)鐘源的可能性。

　　

電壓模式控制的主要劣勢是必需的環(huán)路補償及對應的環(huán)路帶寬限制。就其本質(zhì)而言，電壓模式控制在功率級中引入了一個(gè)雙極點(diǎn)，該雙極點(diǎn)位于輸出濾波器的轉折頻率，因而需要在誤差放大器的周?chē)荚O兩個(gè)正確定位的零點(diǎn)。由于該雙極點(diǎn)的頻率通常很低，因而環(huán)路帶寬被限制在較低的水平。一般情況下，其被限制為不超過(guò)開(kāi)關(guān)頻率的1/10。這對電源的瞬態(tài)響應產(chǎn)生了顯著(zhù)的負面影響。因此，設計人員必須通過(guò)增加輸出電容來(lái)獲得更好的瞬態(tài)結果，從而導致系統成本升高。

　　

考慮到以上的利弊權衡，電壓模式控制仍然是頗具價(jià)值的，尤其在那些對噪聲敏感的應用中。電壓模式控制的高噪聲耐受性及其可同步至一個(gè)系統時(shí)鐘的能力使其很適合于對噪聲最為敏感的應用，例如：醫療和儀表設備等。

　　

　　

純粹和基本形式的遲滯控制是極其簡(jiǎn)單的-所有控制拓撲中最簡(jiǎn)單的一種(圖2)3。在其端子之間具有某些小遲滯的比較器通過(guò)FB輸入將輸出電壓直接與高準確度的內部基準電壓VREF進(jìn)行比較。

　　

圖2：簡(jiǎn)單的遲滯控制拓撲只需一個(gè)比較器和內部VREF

　　

這種直接控制輸出電壓的優(yōu)勢在于控制環(huán)路的速度。當輸出電壓由于瞬變的原因而發(fā)生變化時(shí)，控制環(huán)路開(kāi)始做出反應所需的時(shí)間僅受限于比較器和柵極驅動(dòng)器中的傳播延遲。誤差信號不必穿過(guò)低帶寬誤差放大器。因此，遲滯拓撲是速度最快的控制拓撲。

　　

此外，其工作原理的簡(jiǎn)單性還使其能在無(wú)需任何環(huán)路補償的情況下保持固有的穩定性。而且這種簡(jiǎn)單性也使之成為一種低成本的拓撲。在電源中沒(méi)有需要設計、構建和測試的振蕩器或誤差放大器?？刂崎_(kāi)關(guān)動(dòng)作僅需一個(gè)基本的比較器即可。

　　

遲滯拓撲的主要缺陷是其開(kāi)關(guān)頻率變化。沒(méi)有負責設定開(kāi)關(guān)頻率的時(shí)鐘或同步信號。取而代之的是，開(kāi)關(guān)頻率由遲滯量以及外部組件和工作條件來(lái)設定。

　　

當采用純遲滯轉換器時(shí)，預計在輸入電壓和負載范圍內將發(fā)生很大的頻率變化。而且，如果不采用一個(gè)高增益誤差放大器的話(huà)，所實(shí)現的輸出電壓的DC設定點(diǎn)有可能不如采用電壓模式控制時(shí)那么精準。最后，遲滯控制需要利用輸出電容器中的等效串聯(lián)電阻(ESR)。因此，當運用純遲滯拓撲時(shí)，一般不能使用ESR 極小的陶瓷輸出電容器。

　　

但是，在某些低功率、非常低成本的應用中(比如：玩具)，由于此類(lèi)終端設備的價(jià)位非常之低，而且其低功率在遲滯電源的寬開(kāi)關(guān)頻率范圍內產(chǎn)生的電磁干擾(EMI) 水平很低，因此遲滯轉換器也許是可以接受的。另外，具有非常嚴酷之瞬變的系統需要采用遲滯或基于遲滯的拓撲來(lái)維持可接受的輸出電壓調節。假如這些系統的輸入電壓、輸出電壓和其他工作條件處于良好受控的狀態(tài)，則開(kāi)關(guān)頻率被保持在一個(gè)可接受的范圍之內。這使得遲滯控制成為那些依靠一個(gè)固定輸入電壓運作并產(chǎn)生一個(gè)固定輸出電壓的應用的有效選擇。

　　

　　

許多控制拓撲從根本上說(shuō)都是遲滯的，但其包含了其他旨在克服頻率變化和其他純遲滯拓撲局限性的電路。例如，它們包括D-CAP、D-CAP2、COT、具有ERM 的COT 和DCS-Control拓撲。本文僅分析和比較DCS-Control4及相似器件。

　　

根本上說(shuō)，DCS-Control(采用至節能模式的無(wú)縫轉換的直接控制)是一種遲滯拓撲，但其融合了電壓模式和電流模式的某些特性(圖3)。和在電壓模式控制中一樣，遲滯比較器將一個(gè)誤差放大器的輸出與一個(gè)鋸齒波形進(jìn)行比較。

　　

圖3：在基于遲滯的DCS-Control拓撲中，誤差放大器和內部VREF與電壓模式控制中的相同，而遲滯比較器則取自遲滯拓撲。導通定時(shí)器(on timer)是基于遲滯的拓撲所特有的

　　

該鋸齒波并非產(chǎn)生自某個(gè)時(shí)鐘，而是通過(guò)一個(gè)與輸出電壓直接相連的特殊電路產(chǎn)生在VOS輸入引腳上。實(shí)質(zhì)上，遲滯比較器仍然具有一個(gè)通過(guò)該VOS引腳至輸出電壓的直接連接，并接入了一個(gè)高增益誤差放大器以提供非常優(yōu)良的輸出電壓設定點(diǎn)準確度。

　　

除了將取自遲滯和電壓模式拓撲的遲滯比較器與誤差放大器加以組合之外，DCS-Control還運用了一種導通時(shí)間電路以控制開(kāi)關(guān)頻率。最后，內置了必需的環(huán)路補償功能電路以實(shí)現穩定性。

　　

DCS-Control的主要優(yōu)點(diǎn)是可保持遲滯轉換器非?？斓乃矐B(tài)響應以及電壓模式轉換器的輸出電壓準確度，同時(shí)克服了這兩種拓撲其他的關(guān)鍵缺陷，即：緩慢的響應時(shí)間、有限的控制環(huán)路帶寬和頻率變化。

　　

由于VOS引腳提供了輸出電壓的直接控制，因此輸出電壓的任何變化都將直接通過(guò)控制環(huán)路傳播，而不會(huì )受到誤差放大器帶寬的限制。這將大大加快瞬態(tài)響應速度。

　　

就目前的DCS-Control實(shí)施方案而言，其主要缺點(diǎn)是無(wú)法同步至一個(gè)時(shí)鐘。作為一種基于遲滯的拓撲，其并未提供時(shí)鐘輸入信號，而是提供了一個(gè)在各種工作條件下變化極小的受控開(kāi)關(guān)頻率。在某些場(chǎng)合中，該變化小于電壓模式轉換器的時(shí)鐘頻率容差。

　　

諸如DCS-Control等基于遲滯的拓撲其最佳的使用場(chǎng)合是那些會(huì )遭遇大的瞬變并需要極高輸出電壓準確度的應用。此類(lèi)應用包括為嵌入式或計算系統中的處理器內核供電，以及工業(yè)自動(dòng)化和汽車(chē)信息娛樂(lè )系統。

　　

　　

對于不同的應用，“電壓模式”、“遲滯”和“基于遲滯”等三種主要的電源控制拓撲各有優(yōu)劣。雖然大多數電源工程師都習慣并樂(lè )于使用電壓模式控制，但遲滯和基于遲滯的拓撲卻能提供同類(lèi)最佳的瞬態(tài)響應，而且應當就諸如處理器內核供電等需要這種快速響應速度的應用對其做深入探究。由于每種控制拓撲都有數量極為龐大的設備在使用，因此意味著(zhù)對于幾乎所有的應用而言都很可能有一種最優(yōu)的電源解決方案。


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