Buck轉(zhuǎn)換電路：為何電感電流信號(hào)比輸出電壓誤差信號(hào)更好控制回路？

　　在Buck轉(zhuǎn)換器中，電感電流信號(hào)常常被利用于控制回路中以實(shí)現(xiàn)良好的控制效果，它比輸出電壓誤差信號(hào)來(lái)得更早，效果也更好。

　　這是電流模式控制系統(tǒng)的示意圖，輸出電壓的取樣信號(hào)首先被用來(lái)與參考電壓進(jìn)行比較，兩者之間的差異被放大轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)在RC電路里進(jìn)行累積，由此得到的補(bǔ)償電壓VEA成為電流比較器的參考輸入。電流比較器的另一個(gè)輸入是來(lái)自上橋開(kāi)關(guān)的電流信號(hào)，這個(gè)電流信號(hào)會(huì)因每個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始時(shí)被置位的SR觸發(fā)器的輸出使上橋開(kāi)關(guān)導(dǎo)通而開(kāi)始增加，當(dāng)它增加到超過(guò)VEA時(shí)，SR觸發(fā)器便被復(fù)位，于是上橋截止、下橋?qū)?，電感電流開(kāi)始下降，電路進(jìn)入等待狀態(tài)，直到下一個(gè)周期開(kāi)始再重復(fù)上述過(guò)程。

　　如果輸出電壓的反饋信號(hào)與參考電壓相比太低了，誤差放大器的輸出信號(hào)便會(huì)比較大，VEA便會(huì)被推到一個(gè)比較高的地方，這樣就給上橋?qū)ㄆ陂g的電流增長(zhǎng)留下了比較多的空間，這也意味著上橋?qū)ǖ臅r(shí)長(zhǎng)會(huì)比較長(zhǎng)，而由時(shí)鐘信號(hào)周期所確定的總時(shí)長(zhǎng)是確定的，留給下橋?qū)ǖ臅r(shí)長(zhǎng)就會(huì)縮短，電感電流在下橋?qū)ㄆ陂g的降低就會(huì)比較少，這樣就得到了占空比提升、電感電流均值提升的效果。如果輸出電壓的反饋信號(hào)比參考電壓高了，則上述的推理過(guò)程就會(huì)反過(guò)來(lái)，最后我們得到的就是輸出電壓被穩(wěn)定在我們希望的水平上的結(jié)果。

　　上圖展示的是電流模式控制回路在穩(wěn)定情況下和負(fù)載出現(xiàn)階躍上升情形下的各點(diǎn)波形圖，從中可以看到誤差放大器的輸出VEA對(duì)輸出電流峰值的限制效果。負(fù)載階躍會(huì)造成輸出電壓偏離穩(wěn)態(tài)值的結(jié)果，這個(gè)偏離會(huì)因?yàn)檩敵?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1521588.html">電容的儲(chǔ)能而出現(xiàn)滯后。輸出電壓偏離穩(wěn)態(tài)值的結(jié)果還會(huì)通過(guò)累積以后才成為VEA，因而由負(fù)載的階躍所帶來(lái)的輸出電壓的變化要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲以后才會(huì)反映在電感電流的變化上，這帶來(lái)了穩(wěn)定的結(jié)果，同時(shí)也導(dǎo)致了響應(yīng)的滯后，我們?cè)诘玫胶锰幍耐瑫r(shí)也在承受一定的不足。

　　在COT控制架構(gòu)中，負(fù)載電流的增加直接導(dǎo)致輸出電壓紋波的增加，因?yàn)檫@種電流在流經(jīng)輸出電容的ESR時(shí)直接就轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)了，而一旦輸出電壓反饋信號(hào)低于參考電壓，新的一次上橋?qū)ㄟ^(guò)程立即就會(huì)發(fā)生，電感電流立即開(kāi)始增加以彌補(bǔ)輸出電壓的損失，所以COT控制架構(gòu)具有瞬態(tài)響應(yīng)速度快的特性。每次固定時(shí)長(zhǎng)的導(dǎo)通過(guò)程結(jié)束以后，經(jīng)過(guò)一個(gè)最小化的截止時(shí)段，如果電壓反饋信號(hào)仍然低于參考電壓，新的一次導(dǎo)通過(guò)程就會(huì)發(fā)生，這個(gè)過(guò)程會(huì)一直進(jìn)行到電壓反饋信號(hào)高于參考電壓為止。輸出電壓的升高是由輸出電容的儲(chǔ)能和流經(jīng)輸出電容ESR的電流紋波造成的，如果輸出電容的ESR變小了，反饋得到的輸出電壓紋波信號(hào)就會(huì)變小，不恰當(dāng)?shù)膶?dǎo)通過(guò)程就容易發(fā)生，這就出現(xiàn)了不穩(wěn)定的問(wèn)題，而偏偏現(xiàn)在大量用作輸出電容的陶瓷電容就有這個(gè)特性，所以COT架構(gòu)在遇到陶瓷電容以后就出現(xiàn)了問(wèn)題。立锜科技為了解決這個(gè)問(wèn)題，搞了一個(gè)改進(jìn)型的ACOT?控制架構(gòu)，它在COT控制架構(gòu)中插入了一個(gè)電感電流模擬裝置，讓它的輸出與反饋信號(hào)結(jié)合為一體供比較器使用，相當(dāng)于間接提升了ESR反應(yīng)的電流信號(hào)的幅度，取得了改善COT穩(wěn)定性的效果。

　　圖中的PSR便是電感電流信號(hào)模擬裝置，它的輸出與反饋信號(hào)VFB結(jié)合為一體成為比較器的輸入。PSR不是一個(gè)實(shí)際的電流檢測(cè)電路，但是具有電流檢測(cè)的效果，這也可以看作是一個(gè)創(chuàng)新性的舉措。

　　圖中所示的另外一個(gè)創(chuàng)新是標(biāo)注為Frequency Locked Loop的設(shè)計(jì)，它的作用是測(cè)量實(shí)際的工作頻率，然后與預(yù)設(shè)的工作頻率進(jìn)行比較，借此調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器的脈沖時(shí)長(zhǎng)，這個(gè)時(shí)長(zhǎng)也就是上橋的每一次導(dǎo)通的時(shí)間長(zhǎng)度，最后使整個(gè)電路的工作頻率基本保持不變，而原有的COT控制架構(gòu)是無(wú)法做到這一點(diǎn)的，它會(huì)隨著工作條件的變化而變化。

　　這幅圖顯示的是采用ACOT?控制架構(gòu)的Buck器件在穩(wěn)態(tài)時(shí)的工作波形和它在遇到負(fù)載階躍時(shí)的響應(yīng)過(guò)程。在穩(wěn)態(tài)波形中，我們可以看到反饋信號(hào)觸及參考電壓時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通過(guò)程的情況，輸出電壓紋波在其中起了很重要的作用。在階躍響應(yīng)的波形圖中，我們可以看到階躍負(fù)載導(dǎo)致的連續(xù)出現(xiàn)的導(dǎo)通過(guò)程對(duì)輸出偏差的糾正作用，其表現(xiàn)要比電流模式的表現(xiàn)好許多，一點(diǎn)拖泥帶水的情形都沒(méi)有。

　　一種將電流模式的好處和COT模式的好處結(jié)合在一起的做法是被稱(chēng)為CMCOT的控制架構(gòu)：

　　在此架構(gòu)中，輸出電壓的偏差經(jīng)過(guò)誤差放大器轉(zhuǎn)換為參考電壓VEA，這個(gè)信號(hào)將與取自下橋的電流信號(hào)進(jìn)行比較，一旦發(fā)現(xiàn)該電流低于VEA，一次固定時(shí)長(zhǎng)的上橋?qū)ㄟ^(guò)程就會(huì)被觸發(fā)，這將使得電感電流迅速上升以彌補(bǔ)輸出電壓的下降損失，這樣就既有電流模式穩(wěn)定的特性，又有COT模式快速響應(yīng)的特性，因而導(dǎo)致了一種介于電流模式和COT模式之間的綜合性效果。下圖是穩(wěn)態(tài)模式下CM-COT電路各點(diǎn)的工作波形圖和負(fù)載階躍模式下CM-COT的響應(yīng)過(guò)程圖，我們可以看到電感電流的谷值點(diǎn)直接觸發(fā)了上橋的導(dǎo)通過(guò)程。

　　每一種控制架構(gòu)都是因?yàn)閼?yīng)用中存在的問(wèn)題需要解決而誕生的，它們都有自己的特性，有不足，也有優(yōu)勢(shì)，了解它們對(duì)自己在應(yīng)用中的選型是有幫助的，愿此文能真的有益于你。

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本文源自?RichtekTechnology

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