電流模式控制在開關穩壓器中扮演要角
作者 : Frederik Dostal，ADI電源管理專家
本文介紹在開關穩壓器產品手冊中常見的重要特性之一：「電流模式」，並介紹該模式的優缺點...
市場上有數千款不同的開關穩壓器。用戶基於不同的參數選擇所需的類型，例如輸入電壓範圍、輸出電壓範圍、最大輸出電流，以及許多其他參數。本文介紹在開關穩壓器產品手冊中常見的重要特性之一：「電流模式」，並介紹該模式的優缺點。
電流模式穩壓器解析
圖1顯示電流模式穩壓器的基本工作原理。這裡，不止將反饋電壓與內部基準電壓進行比較，還將其與產生電源切換所需PWM訊號所用的鋸齒形電壓斜坡進行比較。在電壓模式穩壓器中，該斜坡的斜率是固定的。在電流模式穩壓器中，斜率取決於電感電流，由圖1所示的切換節點的電流測量值計算得出。電流模式穩壓器和電壓模式穩壓器的區別就在於此。電流模式穩壓器具有多項優勢。首先是電感電流會隨著輸入電壓(圖1中的VIN)的變化即刻調整。因此，輸入電壓變化資訊會直接反饋給控制迴路，甚至在輸出電壓(圖1中的VOUT)追蹤檢測到輸入電壓的如此變化之前。
圖1：電流模式穩壓器的基本工作原理。
電流模式控制技術的優勢如此明顯，因而市場上大部分開關穩壓器IC都採用這種電流模式控制工作原理。
另一個關鍵優勢是經過簡化的控制迴路補償。電壓模式穩壓器的波特圖顯示了一個雙極點；與之相比，電流模式穩壓器僅在功率級中產生一個單極點，並產生90°相移，而非雙極點的180°相移。因此，對電流模式穩壓器進行補償會更容易，其也更加穩定。圖2顯示典型電流模式穩壓器的功率級簡單轉換函數。
圖2：透過電流模式控制實現的簡化控制迴路補償，採用波特圖顯示，功率級中僅有一個單極點。
但是，除了提到的優點以外，該穩壓器也有缺點。在進行開關轉換之後，電流模式穩壓器無法立刻進行所需的電流測量，因為如果在此時進行測量，測量結果中會包含大量雜訊。需要等待幾nS，等開關引起的雜訊減弱。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於電壓模式穩壓器的最短導通時間。電流模式穩壓器的另一個缺點是其可能產生次諧波振盪，如圖3所示。
如果所需的操作週期大於50%，電流模式穩壓器可能交互執行短脈衝和長脈衝。在許多應用中這被認為是不穩定而需要避免。為了避免此種不穩定性，可以向圖1所示的產生的電流斜坡增加一定的斜坡補償。如此便可以將關鍵操作週期閾值調節到遠高於50%，保證在更高操作週期下，也不會發生次諧波振盪。
圖3：切換節點電壓：採用電流模式穩壓器的次諧波振盪。
即使是之前提到的這些限制(由消隱時間和其導致的操作週期限制導致)，也可以透過IC設計進行規避。例如，一種補救方法是採用低側電流感測，在關斷期間，而非在導通期間測量電感電流。
結語
總而言之，在大部份應用中，電流模式開關穩壓器的優點要大於其缺點。而且可透過各種電路創新和改善來規避其缺點，因此目前大部份開關穩壓器IC均使用電流模式控制。
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