【導讀】在zai本ben應ying用yong筆bi記ji中zhong，我wo們men將jiang研yan究jiu開kai關guan穩wen壓ya器qi的de三san種zhong基ji本ben控kong製zhi算suan法fa。我wo們men將jiang討tao論lun每mei種zhong方fang法fa的de優you缺que點dian，並bing就jiu正zheng確que的de環huan路lu補bu償chang策ce略lve提ti供gong指zhi導dao，以yi獲huo得de快kuai速su穩wen定ding的de響xiang應ying。

在zai本ben應ying用yong筆bi記ji中zhong，我wo們men將jiang研yan究jiu開kai關guan穩wen壓ya器qi的de三san種zhong基ji本ben控kong製zhi算suan法fa。我wo們men將jiang討tao論lun每mei種zhong方fang法fa的de優you缺que點dian，並bing就jiu正zheng確que的de環huan路lu補bu償chang策ce略lve提ti供gong指zhi導dao，以yi獲huo得de快kuai速su穩wen定ding的de響xiang應ying。

介紹

至少從17世shi紀ji開kai始shi，我wo們men就jiu有you了le線xian性xing係xi統tong的de反fan饋kui控kong製zhi方fang案an。它ta們men被bei用yong來lai調tiao節jie磨mo石shi之zhi間jian的de壓ya力li和he距ju離li，然ran後hou，著zhu名ming的de是shi，控kong製zhi詹zhan姆mu斯si瓦wa特te的de蒸zheng汽qi機ji。這zhe些xie早zao期qi技ji術shu適shi用yong於yu當dang今jin使shi用yong的de線xian性xing穩wen壓ya器qi的de控kong製zhi。在zai當dang今jin的de電dian源yuan對dui話hua中zhong，開kai關guan技ji術shu是shi首shou選xuan。這zhe就jiu是shi為wei什shen麼me考kao慮lv控kong製zhi輸shu出chu電dian壓ya很hen重zhong要yao的de原yuan因yin，通tong常chang使shi用yong脈mai寬kuan調tiao製zhi（PWM）技術。本應用筆記介紹了三種常見的控製方法——恒定導通時間、電壓模式和電流模式——以及它們的優缺點和實現方式。

最簡單的控製方法：恒定導通時間

恒(heng)定(ding)導(dao)通(tong)時(shi)間(jian)可(ke)能(neng)是(shi)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)電(dian)路(lu)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)。此(ci)方(fang)法(fa)為(wei)輸(shu)出(chu)提(ti)供(gong)固(gu)定(ding)周(zhou)期(qi)的(de)能(neng)量(liang)爆(bao)發(fa)。為(wei)了(le)保(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)，突(tu)發(fa)的(de)重(zhong)複(fu)率(lv)是(shi)可(ke)變(bian)的(de)。圖(tu)1描miao述shu了le提ti供gong固gu定ding長chang度du脈mai衝chong的de單dan觸chu發fa或huo單dan穩wen態tai脈mai衝chong
，使shi輸shu出chu電dian感gan中zhong的de電dian流liu從cong其qi平ping均jun直zhi流liu值zhi線xian性xing上shang升sheng，並bing為wei輸shu出chu電dian容rong充chong電dian。隨sui著zhe脈mai衝chong

，電dian容rong電dian壓ya下xia降jiang。當dang電dian壓ya降jiang至zhi基ji準zhun值zhi以yi下xia時shi
，通tong過guo啟qi動dong下xia一yi個ge導dao通tong脈mai衝chong，我wo們men可ke以yi有you效xiao地di調tiao節jie輸shu出chu電dian壓ya，輕qing負fu載zai產chan生sheng更geng長chang的de關guan斷duan時shi間jian。憑ping借jie其qi正zheng反fan饋kui，該gai電dian路lu的de作zuo用yong類lei似si於yu功gong率lv振zhen蕩dang器qi
，因yin此ci有you時shi被bei稱cheng為wei“砰”或“紋波”穩壓器。由於關斷時間可變，電路本質上是可變頻率的。

圖1.持續導通時間控製。

由(you)於(yu)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)沒(mei)有(you)負(fu)反(fan)饋(kui)，因(yin)此(ci)不(bu)需(xu)要(yao)環(huan)路(lu)補(bu)償(chang)
，並(bing)且(qie)電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)立(li)即(ji)對(dui)負(fu)載(zai)變(bian)化(hua)做(zuo)出(chu)反(fan)應(ying)。此(ci)外(wai)
，考(kao)慮(lv)到(dao)輕(qing)負(fu)載(zai)下(xia)的(de)低(di)頻(pin)工(gong)作(zuo)，整(zheng)個(ge)負(fu)載(zai)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)效(xiao)率(lv)可(ke)能(neng)很(hen)高(gao)。

raner，chulekebianpinlvzhiwai
，zhezhongfangfayeyouyixiequedian。gaidianluqueshiqujueyudianyawenbodecunzai
，yincixuyaozhezhongfangan，yitigongzugoudidewenbo
，danyouzugougao，yishikongzhibijiaoqibuhuishoudaokaiguanzaoshengdeguoduyingxiang。ciwai，haiquefaguyoudeguozaibaohu——負載過大時，頻率會進一步增加

，從而增加開關損耗。這就是為什麼通常有一個由圖中標記為“min off”的塊形成的最小關閉時間限製。

一種固定頻率控製方法：電壓模式

電壓模式通常以固定頻率工作，采用PWM。在圖2中，輸出電壓與基準電壓源和誤差信號V 進行比較E產chan生sheng以yi直zhi接jie控kong製zhi來lai自zi電dian源yuan開kai關guan的de導dao通tong時shi間jian脈mai衝chong的de寬kuan度du。這zhe是shi一yi個ge線xian性xing負fu反fan饋kui環huan路lu

，受shou帶dai寬kuan限xian製zhi以yi避bi免mian不bu穩wen定ding，因yin此ci至zhi少shao濾lv除chu開kai關guan頻pin率lv噪zao聲sheng。

圖2.電壓模式控製。

然而，在帶有LC輸出濾波器的降壓轉換器中，高於其諧振頻率的小信號響應存在180度相移，諧振頻率可能隻有幾百Hz。再加上負反饋環路固有的 180 度偏移
，為我們提供了 360 dudepianyi，ruguogaipinlvyourenhehuanluzengyi，zehuidaozhiyidingdebuwendingxing。zhejiangposhiwomenyirucididepinlvgunjiangwuchafangdaqizhongdezengyi，yizhiyuhuanluhuifeichangman。shuchudianrongESR在這裏可能很有用

，部分原因是在電容及其ESR的轉折頻率上方，ESR占主導地位，因此輸出電路變成LR網絡，其相移小於LC。這樣可以有效地擴展環路帶寬。然而

，使用陶瓷輸出電容器時
，問題確實會再次出現
，而陶瓷輸出電容器幾乎沒有ESR。

在zai任ren何he情qing況kuang下xia，為wei了le獲huo得de最zui佳jia的de環huan路lu速su度du和he輸shu出chu精jing度du，誤wu差cha放fang大da器qi需xu要yao仔zai細xi調tiao整zheng其qi頻pin率lv響xiang應ying。雖sui然ran我wo們men一yi直zhi專zhuan注zhu於yu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi，但dan這zhe種zhong技ji術shu也ye可ke以yi很hen容rong易yi地di用yong於yu其qi他ta拓tuo撲pu
，例li如ru升sheng壓ya、降壓-升壓和所有類型的隔離轉換器，但推挽電路除外。

一種實現更高環路帶寬的方法：電流模式

Cecil Deisch 最初發明了電流模式控製，以防止推挽式電路中的變壓器“樓梯飽和”，采用電壓模式控製。然而
，不久之後
，這種技術在應用於大多數轉換器拓撲時就被認為是有益的。如圖3所示，這種實現類似於電壓模式
，隻是鋸齒斜坡不是單獨生成的;它ta源yuan自zi開kai關guan導dao通tong時shi間jian期qi間jian的de電dian感gan電dian流liu斜xie坡po。這zhe意yi味wei著zhe當dang達da到dao特te定ding的de峰feng值zhi電dian流liu時shi，我wo們men將jiang關guan閉bi開kai關guan，並bing通tong過guo時shi鍾zhong信xin號hao再zai次ci打da開kai。這zhe種zhong方fang法fa有you幾ji個ge好hao處chu。輸shu出chu濾lv波bo器qi現xian在zai由you受shou控kong電dian流liu源yuan驅qu動dong
，使shi其qi成cheng為wei單dan極ji點dian響xiang應ying。這zhe僅jin比bi其qi轉zhuan折zhe頻pin率lv高gao出chu90度的相移，在整體相位延遲達到360度之前允許更高的環路帶寬。誤差放大器補償器網絡變得不那麼重要
，可以更容易地集成到控製IC中。

圖3.電流模式控製。

由you於yu直zhi接jie檢jian測ce峰feng值zhi電dian流liu，因yin此ci開kai關guan電dian流liu可ke以yi逐zhu脈mai衝chong過guo載zai限xian製zhi在zai安an全quan值zhi。因yin此ci，您nin可ke以yi更geng接jie近jin電dian感gan的de磁ci飽bao和he極ji限xian，因yin為wei知zhi道dao有you一yi個ge快kuai速su電dian流liu限xian製zhi可ke用yong。最zui後hou，還hai有you一yi個ge自zi動dong前qian饋kui機ji製zhi，可ke直zhi接jie控kong製zhi輸shu入ru變bian化hua的de脈mai衝chong寬kuan度du。在zai電dian壓ya模mo式shi電dian路lu中zhong
，必bi須xu等deng待dai輸shu入ru電dian壓ya變bian化hua通tong過guo功gong率lv級ji傳chuan播bo到dao輸shu出chu，然ran後hou通tong過guo誤wu差cha放fang大da器qi返fan回hui，然ran後hou才cai能neng進jin行xing校xiao正zheng。在zai電dian流liu模mo式shi下xia
，輸shu入ru電dian壓ya變bian化hua直zhi接jie影ying響xiang電dian感gan斜xie坡po的de斜xie率lv，具ju體ti因yin素su如ru下xia：

較高的輸入電壓產生更快的斜坡，這意味著您可以更快地達到關斷閾值並獲得更短的脈衝 - 這正是校正更高電壓所需要的。因此，在電流模式控製的電路中
，線路調節非常好。

負載均流是電流模式控製的另一個優點。如果錯誤信號V相同E應用於幾個相同的轉換器，然後轉換器的峰值電流保持相等，進而保持轉換器的平均電流也相等。

電流模式控製的缺點是什麼？如果電路工作在50%占(zhan)空(kong)比(bi)以(yi)上(shang)，則(ze)會(hui)出(chu)現(xian)一(yi)種(zhong)稱(cheng)為(wei)次(ci)諧(xie)波(bo)振(zhen)蕩(dang)的(de)效(xiao)應(ying)。這(zhe)種(zhong)效(xiao)應(ying)似(si)乎(hu)是(shi)由(you)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)在(zai)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)的(de)一(yi)半(ban)處(chu)的(de)增(zeng)益(yi)峰(feng)值(zhi)引(yin)起(qi)的(de)。這(zhe)表(biao)現(xian)為(wei)交(jiao)替(ti)的(de)窄(zhai)功(gong)率(lv)脈(mai)衝(chong)和(he)寬(kuan)功(gong)率(lv)脈(mai)衝(chong)。不(bu)過(guo)
，解(jie)決(jue)方(fang)法(fa)非(fei)常(chang)簡(jian)單(dan)——通tong過guo添tian加jia源yuan自zi係xi統tong時shi鍾zhong的de斜xie坡po，人ren為wei地di增zeng加jia了le電dian感gan電dian流liu的de斜xie坡po斜xie率lv。將jiang檢jian測ce電dian流liu斜xie率lv增zeng加jia一yi個ge大da於yu電dian感gan電dian流liu下xia降jiang斜xie率lv一yi半ban的de值zhi就jiu可ke以yi解jie決jue問wen題ti。然ran而er，過guo多duo的de斜xie率lv補bu償chang確que實shi會hui使shi環huan路lu重zhong新xin進jin入ru電dian壓ya模mo式shi，因yin此ci在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia
，越yue多duo越yue好hao。

電流模式適用於所有拓撲
，但半橋除外，半橋需要額外的複雜性以避免串聯橋式電容器失控的不平衡。

關於極點和零點的提醒

在控製回路中，我們談論極點和零點。這些是在特定頻率下發生的傳遞函數的最大值和最小值
，表示增益與頻率圖中的轉折點。

公平的補償

為了保證穩定性並實現最快、最精確的輸出電壓控製，電壓模式和電流模式方案需要誤差放大器頻率響應定製或補償。三種方案
，稱為I型，II型和III型，涵蓋了所有實際應用。類型編號對應於誤差放大器響應中的極點數。

圖 4 顯示了這些安排。您可能會將 I 型補償器識別為積分器
，其增益從 DC 時的最大值下降 20dB/十倍頻程。相移為恒定的270度（90度積分器加運算放大器的180度）。該電路將保持一些環路穩定
，但環路帶寬非常差。

圖4.誤差放大器補償電路。

II型補償器用於電流模式轉換器
，具有兩個極點和一個零點。與類型 I 一樣，在 0Hz 處有一個極點，但將零點放置在單輸出濾波器極點出現的最低頻率處。這消除了由極點引起的相移，並增加了增益以阻止由0Hz極點引起的-20dB/十倍頻程增益滾降。這樣做的效果是擴展環路的有用帶寬。最後一個高頻極點可確保在整個環路相移達到360度之前再次降低增益
，並具有一定的裕量。

III型補償器用於電壓模式控製，其中輸出濾波器的雙極點在功率級傳遞函數中引入陡峭的-40dB/十倍頻程增益滾降，快速相位變化為-180度。補償器有兩個零點，再次放置以消除兩個輸出濾波器極點。放置0Hz極ji點dian和he兩liang個ge高gao頻pin極ji點dian以yi保bao持chi高gao增zeng益yi，並bing將jiang相xiang位wei延yan遲chi降jiang至zhi盡jin可ke能neng高gao的de頻pin率lv。給gei定ding可ke能neng的de變bian量liang數shu量liang，您nin可ke以yi使shi用yong不bu同tong的de極ji點dian零ling放fang置zhi方fang案an來lai優you化hua不bu同tong條tiao件jian下xia的de結jie果guo。

使用這些技術
，環路可以具有有用的增益和帶寬，最高可達開關頻率的十分之一左右。

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