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作者：ADI電源管理專(zhuān)家Frederik Dostal 市場(chǎng)上有數(shù)千款不同的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，用戶(hù)會(huì)基于不同的參數(shù)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(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(jiàn)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(kāi)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(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的電流測(cè)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(shì)。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(cè)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(shì)如此明顯，因而市場(chǎng)上大部分開(kāi)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(guò)電流模式控制實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)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(shì)是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)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(jiǎn)單轉(zhuǎn)換函數(shù)。
圖3.開(kāi)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(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換之后，電流模式穩(wěn)壓器無(wú)法立刻實(shí)施所需的電流測(cè)量，因?yàn)槿绻诖藭r(shí)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)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(dǎo)致其最短導(dǎo)通時(shí)間略長(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)，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(guò)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(cè)，在關(guān)斷期間，而非在導(dǎo)通期間測(cè)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(kāi)關(guān)穩(wěn)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(guī)避其缺點(diǎn)。所以如今大部分開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC都使用電流模式控制。 關(guān)于作者 Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的電源管理專(zhuān)家。他曾就讀于德國(guó)埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師，幫助客戶(hù)在項(xiàng)目中實(shí)施電源管理解決方案，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在此期間，他還在美國(guó)亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)模式電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個(gè)產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計(jì)和應(yīng)用知識(shí)，目前擔(dān)任電源管理專(zhuān)家。Frederik在ADI的德國(guó)慕尼黑分公司工作。 |
