電壓型滯環控制的同步Buck變換器

圖7 滯環控制的同步Buck理想輸出波形

滯環控制與其它控制相比最大的優點在于它的響應速度，這點將在后面的仿真中得到驗證。這是因為，不像其它的控制那樣，滯環控制不需要慢的反饋環。在開關周期內，當瞬態發生時即響應瞬態負載電流。它的瞬態響應時間僅與滯環比較器和驅動電路的延遲有關。比較器輸入端的高頻濾波電容也增加了一些額外的延遲。這些延遲大都與選取技術水平有關，因此，滯環控制在理論上是最快的控制方式。

3.2 開關頻率的估算

在輸出濾波因數決定后，應該估計電源的開關頻率。如果估計的開關頻率太高，功率MOSFET的開關損耗就高，導致效率低于最佳的效率。如果估計的開關頻率太低，電感值會增大，從而引起不理想的瞬態響應。

為了正確地估算出滯環調節器的開關頻率，圖8中的輸出電壓是所需穩定狀態的值。圖7中輸出電壓的紋波也被研究。電容包括引起紋波的三個參數是：ESR，ESL和電容值。

Vp-p(t)=Vc(t)＋VESR(t)＋VESL(t)（1）

參考[4]，功率級變換器的開關頻率的代數式為

fs=（2）

式中：Vin為輸入電壓；

Vo為輸出電壓。

圖8 所需穩定狀態的輸出電壓

3.3 仿真與實際應用

圖9和圖10分別是采用PSPICE仿真所得到的滯環電壓控制和傳統電壓型控制在負載發生變化時輸出電壓的波形圖。可以明顯地看出滯環控制的輸出電壓重新進入穩定狀態的時間為0.1ms，對于負載瞬態有近乎同步的響應。而傳統電壓型控制則需要4ms的時間。

圖9 滯環控制輸出電壓的波形

圖10 傳統電壓型控制輸出電壓波形

在實際的應用中，采用TI公司的TPS5210芯片設計完成了輸入電壓為12V，輸出電壓為2V，輸出電流峰值為20A的電壓型滯環控制的同步Buck變換器，其工作效率可以達到88％，從而驗證了該理論的適用性。

4 結語

電壓型滯環控制比其他的控制方法有很多的優點，例如：電路簡單，不需要反饋環路的補償，對于負載瞬態有近乎同步的響應，對開關導通時間沒有限制等。本文對電壓型滯環控制和同步Buck變換器的基本原理進行了闡述，并詳細分析了兩項技術結合的電壓型滯環控制的同步Buck變換器技術，并將電壓型滯環控制與傳統電壓型控制對瞬態負載變化的輸出電壓進行了仿真比較和實際應用驗證。文章最后簡單地給出了對滯環控制的開關頻率進行估算的方法。