降压开关电源设计过程中控制技术分析及选择

(3)

　　这里，Ri是电流检测增益:Ri=Ai·Rs (4)

　　D’是关工作周期:D’=1-D (5)

　　斜波补偿因子表示为:

(6)

　　其中，Se是校正斜坡的斜率， Sn是检测到的电流波形的斜率。

(7)

　　阻尼因子表示为：

(8)

　　公式(3)中的第一项表明增益是负载阻抗RL和电流检测增益Ri的函数。第二项给出了斜波补偿项。当校正斜坡斜率Se大于电流波形的正斜率Sn时，斜波补偿因子Mc充分增加，从而对增益进行衰减。

　　第三项给出了起决定作用的低频特性。它具有一个由输出电容的ESR引入的零点，以及单极点wp，该极点的数值由输出电容和负载阻抗决定。

　　第四项包含两个位于开关频率一半处的极点。这些极点的峰值受阻尼因子Qp控制，而阻尼因子又进一步受校正斜坡控制。如果斜坡太小，这些极点将使调节器的环路增益到达最高点，如果占空比大于50%，在一半开关频率处的环路增益将超过0dB。这将导致电流模式控制发生次谐波振荡。

　　电流模式控制最主要的弱点在于，难以测量具有小占空比的电流。这种测量方式易受噪声影响，并且调制有时可能会不稳定。

　　磁滞控制技术：简单快速[p]
另一个可能的方案是磁滞控制技术(见图3)。调制器就是一个具备内置输入磁滞(几毫伏)的比较器，用于比较反馈电压和参考电压。当反馈电压大于参考电压半个磁滞电压时，比较器的输出变低，关闭开关。开关将一直保持关闭状态，直到反馈电压跌到比参考电压低半个磁滞电压为止。

　　图3 磁滞降压稳压器的基本架构(LM3485)

　　这种拓扑结构可以对负载瞬态变化做出极快的响应，非常简单而且不需要频率补偿。

　　这种方案的主要问题在于开关频率不是由振荡器设定，不恒定而且依赖于很多变量。开关频率很大程度上依赖于元件参数和工作条件的变化。输入电压、负载电流、电感值和输出电容(特别是它的等效串联电阻ESR)都对开关频率有很大影响。

　　这种控制DC电压的技术优点在于简单的控制环路。很容易使控制器稳定。

　　控制环路不仅稳定而且响应非常迅速(响应延迟仅为90ns)。与大占空比(达到100%)特性相结合，可以产生非常迅速的瞬态响应。与竞争的调节器架构(PWM电流模式或电压模式)相比，它更具有优势。

　　由于开关频率不是由可控振荡器设定，它将随不同的外部元件和输入电压的变化而发生变化。如果在特定应用中要求开关频率固定，将很难找到合适的设计方案。

　　恒定开启时间的磁滞控制技术

　　如上所述，磁滞控制技术具备一些有趣的优势，唯一的问题在于开关频率不可预测。

　　如果在一个传统的磁滞控制技术中，加入与输入电压成反比的单次触发开启时间，开关频率就会保持相对恒定。可以应用于任意降压调节器(工作在连续导通模式)的基本降压调节器公式定义了降压开关的占空比D。

　　D=Vout/Vin =Ton·Fs (9)

　　其中，Ton是开启时间， Fs 是工作频率。

　　如果把开启时间设定成与输入电压Vin成反比。

　　Ton=K·Ron/Vin (10)

　　其中，K是常数，Ron是可编程电阻，把公式(10)中的Ton代入到公式(9)中，解出Fs 。

　　Fs =Vout/(K·Ron) (11)

　　既然Vout、 K和Ron都是常数，工作频率也将是常数。实际上，真实的工作频率将会变化大约10%，这由单次触发的非线性、传播延迟和非理想的开关压降造成。

　　通过以上讨论可以看到，该技术使整个系统解决方案的成本大大降低。由于不存在环路补偿或稳定性问题，这种概念很容易实现。同时，由于电路不 需要反馈元件(会限制带宽)，瞬态响应将会非常迅速。正是由于上述因素，这种概念把PWM固定频率原理和磁滞模式的很多优点结合到了一种解决方案中。