电流模式控制的-DC开关电压(“”)很受欢迎,因为它们提供了高效的开关电源,同时克服了传统电压模式控制器件的缺点。当脉冲宽度调制信号(用于设置输出电压的PWM)的占空比上升到50%以上时,电流模式设计会受到不稳定性的影响。为了克服这种不稳定性,设计工程师使用一种称为斜率补偿的技术来恢复整个PWM占空比范围内的可靠操作。
本文介绍了重要但非常常见的斜率补偿技术,如何实现以及如何实现它会影响电流模式控制开关稳压器的性能。然后,本文继续介绍采用该技术的主要功率模块制造商的商用电压控制器。
电流模式控制的优势
在传统的电压模式控制开关稳压器中,脉冲宽度调制通过将控制电压施加到一个比较器输入和由时钟产生的固定频率的锯齿波电压(“PWM斜坡”)到另一个来产生(PWM)信号。调节器的输出电压与合成PWM方波的占空比成正比。另一种设计,即电流模式控制调节器,因其具有许多优点而变得流行。例如,电流模式控制调节器比电压模式更快地响应线路或负载电压变化,它消除了电压模式输入电压缺陷时的环路增益变化,补偿更容易实现,电路与电压模式相比,它还具有更高的增益带宽。 (参见TechZone文章“DC-DC开关稳压器中PWM信号产生的电压和电流模式控制。”)
电流模式控制稳压器与电压模式控制器的不同之处在于增加了第二个回路反馈电感电流,然后有助于推导PWM斜坡。该反馈信号包括两部分:AC纹波电流,以及电感器电流的DC或平均值。放大形式的信号被路由到PWM比较器的一个输入,而误差电压(Ve,和输出电压之间的差)形成另一个输入。与电压模式控制方法一样,系统时钟决定PWM信号频率(图1)。
图1:电流模式控制开关稳压器。这里,PWM斜坡是从输出电感电流得到的信号产生的。 (公司提供)
虽然电流模式控制具有许多优点,但它并非没有复杂性。其中最重要的是在占空比高于50%时“内部”控制回路(承载电感器电流信号)的不稳定性。先锋设计工程师通过在内环中“注入”少量斜率补偿,迅速找到解决这个问题的方法。这种技术确保了PWM占空比的所有值的稳定运行。许多电源设计人员在了解该技术的同时,对于斜率补偿如何工作以及其实现如何影响电路性能感到困惑。让我们仔细看看。
稳定电路
不稳定的,例如,在连续模式下工作的电流模式控制降压(“降压”)稳压器(即电感电流确实如此)在开关周期期间不会降至零)因为控制器通过调节峰值电感电流来设置输出电压,同时电感驱动输出,使负载电流等于平均电感电流。图2显示了平均电流(I1和I2)如何随占空比变化而峰值(稳压)电流保持不变。