【導讀】市場(chǎng)上有數千款不同的開(kāi)關(guān)穩壓器，用戶(hù)會(huì )基于不同的參數選擇所需的類(lèi)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。本文ADI將針對電流模式進(jìn)行介紹，這是數據手冊中常見(jiàn)的一項重要特性，同時(shí)還會(huì )分析此模式的優(yōu)缺點(diǎn)。
市場(chǎng)上有數千款不同的開(kāi)關(guān)穩壓器，用戶(hù)會(huì )基于不同的參數選擇所需的類(lèi)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。本文ADI將針對電流模式進(jìn)行介紹，這是數據手冊中常見(jiàn)的一項重要特性，同時(shí)還會(huì )分析此模式的優(yōu)缺點(diǎn)。
圖1.電流模式穩壓器的基本工作原理
電流模式穩壓器解析
圖1顯示電流模式穩壓器的基本工作原理。這里，不止將反饋電壓與內部基準電壓進(jìn)行比較，還將其與生成電源開(kāi)關(guān)所需的PWM信號所用的鋸齒形電壓斜坡進(jìn)行比較。在電壓模式穩壓器中，該斜坡的斜率是固定的。在電流模式穩壓器中，斜率取決于電感電流，由圖1所示的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的電流測量值計算得出。電流模式穩壓器和電壓模式穩壓器的區別就在于此。電流模式穩壓器具有多項優(yōu)勢。首先是電感電流會(huì )隨著(zhù)輸入電壓（圖1中的VIN）的變化即刻調整。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(chǎng)上大部分開(kāi)關(guān)穩壓器IC都采用這種電流模式控制工作原理。
圖2.通過(guò)電流模式控制實(shí)現的簡(jiǎn)化控制環(huán)路補償，采用波特圖顯示，功率級中僅有一個(gè)單極點(diǎn)。
另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的控制環(huán)路補償。電壓模式穩壓器的波特圖顯示了一個(gè)雙極點(diǎn)；與之相比，電流模式穩壓器僅在功率級中生成一個(gè)單極點(diǎn)，產(chǎn)生90°相移，而非雙極點(diǎn)的180°相移。因此，對電流模式穩壓器進(jìn)行補償會(huì )更容易，它也更加穩定。圖2顯示了典型的電流模式穩壓器的功率級的簡(jiǎn)單轉換函數。
圖3.開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電壓：采用電流模式穩壓器的次諧波振蕩
但是，除了提到的優(yōu)點(diǎn)以外，該穩壓器也有缺點(diǎn)。在進(jìn)行開(kāi)關(guān)轉換之后，電流模式穩壓器無(wú)法立刻實(shí)施所需的電流測量，因為如果在此時(shí)進(jìn)行測量，測量結果中會(huì )包含大量噪聲。需要等待幾nS，等開(kāi)關(guān)引起的噪聲減弱。這段時(shí)間被稱(chēng)為消隱時(shí)間。這通常導致其最短導通時(shí)間略長(cháng)于電壓模式穩壓器的最短導通時(shí)間。電流模式穩壓器的另一個(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%，電流模式穩壓器可能交替執行短脈沖和長(cháng)脈沖。在許多應用中，這被認為是不穩定的，需要加以避免。在A(yíng)DI看來(lái)，為了避免這種不穩定性，可以向圖1所示的生成的電流斜坡添加一定的斜坡補償。這樣可以將關(guān)鍵占空比閾值調節到遠高于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)間和其導致的占空比限制導致），也可以通過(guò)IC設計進(jìn)行規避。例如，一種補救方法是采用低端電流檢測，在關(guān)斷期間，而非在導通期間測量電感電流。
結論
總而言之，在大部分應用中，電流模式開(kāi)關(guān)穩壓器的優(yōu)點(diǎn)要大于其缺點(diǎn)。而且可以通過(guò)各種電路創(chuàng )新和改進(jìn)來(lái)規避其缺點(diǎn)。所以如今大部分開(kāi)關(guān)穩壓器IC都使用電流模式控制。
關(guān)于A(yíng)DI公司
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導體公司，致力于在現實(shí)世界與數字世界之間架起橋梁，以實(shí)現智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng )新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數字化工廠(chǎng)、汽車(chē)和數字醫療等領(lǐng)域的持續發(fā)展，應對氣候變化挑戰，并建立人與世界萬(wàn)物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財年收入超過(guò)120億美元，全球員工2.4萬(wàn)余人。攜手全球12.5萬(wàn)家客戶(hù)，ADI助力創(chuàng )新者不斷超越一切可能。
（來(lái)源：ADI公司，作者：Frederik Dostal，ADI公司電源管理專(zhuān)家）
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