理想的電壓模式在一定的反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)下,很難在整個(gè)電壓輸入范圍和輸出負(fù)載變化范圍內(nèi)都能穩(wěn)定的工作。輸出負(fù)載變化可以通過(guò)加大輸出電容同時(shí)使用ESR值大的電容來(lái)優(yōu)化其動(dòng)特性,盡管這樣做導(dǎo)致系統(tǒng)的成本和體積增加,同時(shí)增大輸出的電壓紋波。
通常,從直觀上理解,輸出電容ESR和輸出電容形成一個(gè)零點(diǎn),對(duì)于電流模式,這個(gè)零點(diǎn)不是必需的,因?yàn)殡娏髂J绞菃坞A的系統(tǒng),而且這個(gè)零點(diǎn)導(dǎo)致高頻的增益增加,系統(tǒng)容易受到高頻噪聲的干擾。所以電流模式或者使用ESR極低的陶瓷電容,使ESR零點(diǎn)提升到更高的頻率,就不會(huì)對(duì)反饋系統(tǒng)產(chǎn)生作用,或者再加入一個(gè)極點(diǎn)以抵消零點(diǎn)在高頻段的作用,加入極點(diǎn)的方法就是在ITH(Vc)管腳并一個(gè)對(duì)地的電容。
圖1:輸出電容ESR
電壓模式是LC形成的二階系統(tǒng),這個(gè)零點(diǎn)的引入可以一定的程度上抵消LC雙極點(diǎn)的一個(gè)極點(diǎn),使其向單階系統(tǒng)轉(zhuǎn)化。ESR越大,作用越明顯。因此電壓模式輸出電壓通常使用ESR大的電容。
另一方面,注意到,輸出電壓為:
Vo=Vco+ESR*DIL
DIL=a*Io
Vco為輸出電容的容抗上的電壓,DIL為電感的紋波電流,a為電流紋波系數(shù),一般取0.2-0.4。
輸出電壓的小信號(hào)值為:
DVo=VDco+D(ESR*a*Io)
若ESR小,式中后面的一項(xiàng)基本可以忽略;但是,由于電壓模式通常使用ESR值較大的輸出電容,這樣ESR就不可以忽略,由于ESR的作用,相當(dāng)于在輸入電壓的反饋信號(hào)中引入了一定程度的電流模式,電流模式反饋量為:D(ESR*a*Io)。
輸出電容的ESR將采樣的電流信號(hào)送到電壓誤差放大器的輸入端,和輸出電壓信號(hào)加在一起,經(jīng)過(guò)電壓誤差放大器放大,再送到PWM比較器,其工作的原理相當(dāng)于平均電流反饋。在電壓模式中,使用ESR大的輸出電容,相當(dāng)于引入一定程度的平均電流模式,從而增加系統(tǒng)對(duì)輸出負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng),提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2 電壓模式中輸入電壓前饋引入電流模式
對(duì)于輸入電壓的變化,目前通常采用輸入電壓前饋技術(shù),來(lái)提高系統(tǒng)對(duì)輸入電壓變化的響應(yīng)。電壓模式中,內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生鋸齒波的斜率固定為k,圖2中的虛線所示。在沒(méi)有電壓前饋時(shí),產(chǎn)生的占空比為D*Ts,則有以下公式:
Vc=k*D*Ts
輸入電壓前饋就是在內(nèi)部鋸齒波上加入隨輸入電壓變化的斜坡,或者從Vc信號(hào)減去此斜坡。若采用輸入電壓前饋加在內(nèi)部鋸齒波上的方式,若外加的前饋電壓斜坡的斜率為ks,內(nèi)部鋸齒波和外加斜坡之和為:k+ks。
前饋前壓的斜率隨輸入電壓增加而增大,ks正比于Vin,即:ks正比于kVin*Vin,所以此時(shí)的占空比為:
占空比隨輸入電壓的增加立刻而減少,圖2中的實(shí)線所示,系統(tǒng)提前對(duì)輸入電壓變化做出相應(yīng)的響應(yīng)。
若不考慮效率,由功率平衡可以得到:Vin*Iin=Vo*Io,所以有:
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