為何在開關穩(wěn)壓器中，電流模式控制非常重要？

市場上有數(shù)千款不同的開關穩(wěn)壓器，用戶會基于不同的參數(shù)選擇所需的類型，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將針對電流模式進行介紹，這是數(shù)據(jù)手冊中常見的一項重要特性，同時還會分析此模式的優(yōu)缺點。

市場上有數(shù)千款不同的開關穩(wěn)壓器，用戶會基于不同的參數(shù)選擇所需的類型，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將針對電流模式進行介紹，這是數(shù)據(jù)手冊中常見的一項重要特性，同時還會分析此模式的優(yōu)缺點。

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)部基準電壓進行比較，還將其與生成電源開關所需的PWM信號所用的鋸齒形電壓斜坡進行比較。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所示的開關節(jié)點的電流測量值計算得出。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)壓器具有多項優(yōu)勢。首先是電感電流會隨著輸入電壓（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）跟蹤檢測到輸入電壓的這種變化之前。

電流模式控制技術的優(yōu)勢如此明顯，因而市場上大部分開關穩(wěn)壓器IC都采用這種電流模式控制工作原理。

圖2.通過電流模式控制實現(xiàn)的簡化控制環(huán)路補償，采用波特圖顯示，功率級中僅有一個單極點。

另一個關鍵優(yōu)勢是經(jīng)過簡化的控制環(huán)路補償。電壓模式穩(wěn)壓器的波特圖顯示了一個雙極點；與之相比，電流模式穩(wěn)壓器僅在功率級中生成一個單極點，產(chǎn)生90°相移，而非雙極點的180°相移。因此，對電流模式穩(wěn)壓器進行補償會更容易，它也更加穩(wěn)定。圖2顯示了典型的電流模式穩(wěn)壓器的功率級的簡單轉(zhuǎn)換函數(shù)。

圖3.開關節(jié)點電壓：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)點以外，該穩(wěn)壓器也有缺點。在進行開關轉(zhuǎn)換之后，電流模式穩(wěn)壓器無法立刻實施所需的電流測量，因為如果在此時進行測量，測量結(jié)果中會包含大量噪聲。需要等待幾nS，等開關引起的噪聲減弱。這段時間被稱為消隱時間。這通常導致其最短導通時間略長于電壓模式穩(wěn)壓器的最短導通時間。電流模式穩(wěn)壓器的另一個缺點是其可能產(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)行短脈沖和長脈沖。在許多應用中，這被認為是不穩(wěn)定的，需要加以避免。在ADI看來，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償。這樣可以將關鍵占空比閾值調(diào)節(jié)到遠高于50%，保證在更高占空比下，也不會發(fā)生次諧波振蕩。

即使是之前提到的這些限制（由消隱時間和其導致的占空比限制導致），也可以通過IC設計進行規(guī)避。例如，一種補救方法是采用低端電流檢測，在關斷期間，而非在導通期間測量電感電流。

結(jié)論

總而言之，在大部分應用中，電流模式開關穩(wěn)壓器的優(yōu)點要大于其缺點。而且可以通過各種電路創(chuàng)新和改進來規(guī)避其缺點。所以如今大部分開關穩(wěn)壓器IC都使用電流模式控制。

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Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司，致力于在現(xiàn)實世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實現(xiàn)智能邊緣領域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術的解決方案，推動數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領域的持續(xù)發(fā)展，應對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財年收入超過120億美元，全球員工2.4萬余人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。

（來源：ADI公司，作者：Frederik Dostal，ADI公司電源管理專家）