電源管理之對降壓調整器的高降壓比率進行控制

許多較老的單片降壓型開關調整器采用了片上反饋環路補償。盡管這有助于實現非常簡單的設計流程，但是，它通常不容許對環路動態特性進行最優化。結果就是需要選擇功率路徑元器件以適應反饋環路的要求，一般來說，這是達不到最優化的安排。例如，給定的調整器可能要求用戶在給定的范圍內選擇電感器以及輸出電容器，以確保在反饋補償電路具有雙零點的位置出現LC雙極點頻率。雖然你可能獲得一個穩定的環路，但是，你可能不具備滿足電源路徑要求的、接近理想的數值。

解決方案就是依賴于外部由用戶選擇的環路補償。然而，那對于新的用戶可能會存在一些問題。反饋環路被認為是難以補償的!在上世紀80年代，最初引入的一種創新就是采用電流模式控制。那個控制配置把輸出濾波器的階數降低了1階，由一階濾波器系統來實現，從而極大地簡化了環路補償的設計任務。然而，電流模式控制并不是像最初希望的那樣是萬能藥。噪聲靈敏度就是一個主要問題。

最新開發的電流模式控制的版本被稱為仿真電流模式控制(ECM)，它極大地改善了以非常高的降壓比率工作的能力，與此同時，維持良好的抗噪聲特性。因此，對于輸入電壓額定值高達75V的情況，有可能在許多高輸入電壓應用中擁有很大的設計裕量，與此同時，仍然能夠產生當今數字電路所采用的那種輸出電壓。環路補償成為了一種相對簡單的設計，而現成的軟件能夠使設計從用戶的觀點看幾乎是微不足道的事情。

傳統的電流模式基礎

那么，首先要掌握電流模式控制是如何工作的?人們一直企圖采用復雜的數學公式來解釋電流模式控制的工作原理。然而，有些網友認為，如果必須采用數學方法來解釋某事，那就是因為你不了解它。因此，讓我們看看，我們能否開發一種簡單的直覺方法來理解電流模式控制。

基本概念就是把電源級轉換為一個電流源，其受控電流的水平由一個誤差放大器控制。誤差放大器監測輸出電壓，并根據輸出電壓與其理想值之間的偏差來控制電流?？刂齐姼须娏鞯某Ｒ姺椒ň褪菧y量該電流并當這一電流達到期望電流值時關閉高邊FET(控制FET)。

從輸出濾波器—由一個跟負載電阻并聯連接的電容組成—的觀點來看，電感器的構成就像一個可編程電流源。在誤差放大器輸出中的任何小的信號偏差將導致通過電感器的小的信號電流變化。這些小的信號電流變化流過輸出濾波器網絡的阻抗，從而導致輸出上電壓的微小變化。因為輸出RC濾波器是一階系統，對輸出小信號響應的控制(也稱為安置增益)也是一階的。因此，系統非常易于進入穩定狀態。

ECM基礎

大多數傳統的電流模式調整器通過監測控制FET的開態電流—ECM—來測量電感器的電流，另一方面，剛好在再次打開控制FET之前測量捕獲二極管中的電流。這一信息然后由采樣和保持電路捕獲，而采樣和保持電路由調整器的板上時鐘進行門控。

二極管的電流信息被保持，然后，控制FET被打開。接著，小電流源開始為斜坡電容充電，其容值已經被選為正比于電感器的數值。充電電流被編程為正比于輸入-輸出的電壓差。正因為如此，在這個電容上產生的斜坡電壓具有正比于電感器電流斜坡的斜率。

圖1：仿真電流模式控制方框圖。

當斜坡電壓接著被疊加至以前采樣下來的電流測量值之上，結果得到一個看起來很像控制FET的電流波形的梯形波形，減去所有常見的非理想特性。這就賦予ECM精確地控制非常窄脈沖的開關的能力，這是大降壓比率調整器非常需要的一種特性。然而，問題依然存在，小信號的行為仍然是電流模式調整器所期望的那樣嗎?實際上，下面的測量繪圖表明，顯然就是所期望的那樣。