DC-DC芯片的各種控制模式

沒有一種控制模式對(duì)每種應(yīng)用都是最優(yōu)的，本文參考了非隔離降壓控制器和轉(zhuǎn)換器的各種控制模式，介紹了它們的大體工作方式和適用場(chǎng)景，通過本文可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求選擇合適控制模式的DC-DC芯片。

目前主流的控制模式有：Voltage Mode (VM)、Peak Current Mode、Voltage Feedforward Mode(VFM)、Hysteretic Control Mode、Constant On-Time with Emulated Ripple Mode (COT with ERM)等。

1、Voltage Mode (VM)

采樣輸出電壓與參考電壓比較后輸出誤差放大信號(hào)VE，VE與恒定的鋸齒波比較后產(chǎn)生占空比控制，當(dāng)PWM斜坡電壓超過誤差放大器輸出電壓時(shí)，PWM比較器復(fù)位鎖存器，從而關(guān)閉高側(cè)場(chǎng)效應(yīng)管并打開低側(cè)場(chǎng)效應(yīng)管。在下一個(gè)振蕩器脈沖放電PWM斜坡之前，低側(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管一直處于工作狀態(tài)。

適用場(chǎng)景：需要開關(guān)頻率固定可知;輸出大范圍變化負(fù)載;輸出紋波小一致性高。

對(duì)于FPWM 強(qiáng)制脈寬調(diào)制模式而言，輕載模式下效率低。

2、Peak Current Mode (PCM)

與VM不同的是誤差放大信號(hào)uc與電感電流比較后產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，峰值電流控制的最大優(yōu)點(diǎn)是本身具備峰值限流保護(hù)的功能，不需要額外的過流保護(hù)電路，提高了可靠性。峰值電流控制的缺點(diǎn)主要是對(duì)電路噪聲比較敏感。(在CCM模式下，占空比D>0.5時(shí)需要斜坡補(bǔ)償才能穩(wěn)定。斜坡補(bǔ)償可以附加在Ve上，也可以附加在電感電流采樣信號(hào)上，對(duì)于BUCK芯片已經(jīng)內(nèi)置補(bǔ)償)。

適用場(chǎng)景：需要開關(guān)頻率固定可知，外圍電路簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)友好的場(chǎng)景。

3、 Voltage Feedforward Mode(VFM)

電壓前饋電壓模式與PWM模式不同點(diǎn)在于，其斜坡是Vin通過諧波發(fā)生器產(chǎn)生，以恒定的斜坡幅度隨輸入電壓改變PWM斜坡斜率，并對(duì)輸入電壓變化提供瞬時(shí)響應(yīng)。PWM不需要等待回路延遲來改變占空比。

適用場(chǎng)景：需要開關(guān)頻率固定可知，對(duì)Line transient response 要求高的場(chǎng)合。

4、 Hysteretic Control Mode

這是最簡(jiǎn)單的控制方案。當(dāng)反饋電壓VFB大于參考高閾值時(shí)，PWM (SW)上管截至，當(dāng)反饋電壓小于參考低閾值時(shí)，上管導(dǎo)通。不需要補(bǔ)償組件，沒有電壓電流控制模式中需要信號(hào)比較的時(shí)間延遲。PWM開關(guān)頻率不受控制，隨負(fù)載電流變化，在較輕的負(fù)載下提供更高的效率。由于VFB的紋波來自輸出，從輸出電容器的ESR輸出需要一定的紋波，因此對(duì)輸出噪聲敏感。而且從上圖右側(cè)的波形可以看出，VFB反饋電壓非得超過或小VOUT一段距離才能讓開關(guān)管動(dòng)作，且由外部的紋波決定!

適用場(chǎng)景：需要快速瞬態(tài)響應(yīng)， 輸出環(huán)境相對(duì)干凈的場(chǎng)合，現(xiàn)在使用遲滯控制模式的DC-DC不多，在此基礎(chǔ)上升級(jí)的COT模式更加普遍。

5、Constant On-Time with Emulated Ripple Mode (COT with ERM)

與遲滯控制相比，他具有單一電壓閾值水平，開通時(shí)間恒定，輸入電壓成比例。當(dāng)反饋電壓低于參考低閾值時(shí)，上管導(dǎo)通。通常需要用戶采用小紋波注入的方式來控制。如上圖，電感電流流過Rr、Cr產(chǎn)生小紋波，再通過Cac隔直取交，并將其注入FB給內(nèi)部誤差比較器與參考電壓進(jìn)行比較。該控制方式具有瞬態(tài)響應(yīng)快、無需外部補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)。

適用場(chǎng)景：需要快速瞬態(tài)響應(yīng)，無外部補(bǔ)償設(shè)計(jì)，輕載高效的場(chǎng)合。

此外，關(guān)于市面上例如D-CAP，D-CAP2，D-CAP3，DCS-Control等其實(shí)都是COT的變種。

后續(xù)關(guān)于BUCK我們會(huì)講關(guān)于BUCK的振鈴、EMI、輸出LC的影響等問題!