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小耳朵教您:电压模式控制

2019-12-04

脉宽调制(PWM) 控制被归为两种基本类型:电压模式和电流模式。为简单起见,本文只讨论采用输入电压前馈的电压模式控制。有关电压模式与电流模式更为详细的比较,图1示出了降压转换器中电压模式控制的基本方框图。

图1:电压模式控制包括了误差放大器、时钟和内部基准电压 (VREF)

当采用电压模式控制来调节输出电压时,它通过一个连接至其反馈 (FB) 输入的阻性分压器来检测输出电压的缩小版。具有高增益的误差放大器随后将该FB信号与一个高准确度内部基准电压进行比较。围绕误差放大器的环路补偿电路负责保持系统的稳定。

电压模式控制拥有诸多的优势。通过仅调节输出电压和其他良好受控的内部信号(比如:时钟和内部基准电压),该拓扑具备非常强的抗噪声能力。而且它还相当地简单明了。利用输入电压前馈保持了简单性,以在不断变化的输入电压条件下维持恒定的环路增益。此外,输入电压前馈还可大幅改善针对线路电压瞬变的响应。最后,时钟实现了开关频率的控制,包括使电路同步至一个外部时钟源的可能性。

电压模式控制的主要劣势是必需的环路补偿及对应的环路带宽限制。就其本质而言,电压模式控制在功率级中引入了一个双极点,该双极点位于输出滤波器的转折频率,因而需要在误差放大器的周围布设两个正确定位的零点。由于该双极点的频率通常很低,因而环路带宽被限制在较低的水平。一般情况下,其被限制为不超过开关频率的1/10。这对电源的瞬态响应产生了显著的负面影响。因此,设计人员必须通过增加输出电容来获得更好的瞬态结果,从而导致系统成本升高。

考虑到以上的利弊权衡,电压模式控制仍然是颇具价值的,尤其在那些对噪声敏感的应用中。电压模式控制的高噪声耐受性及其可同步至一个系统时钟的能力使其很适合于对噪声最为敏感的应用,例如:医疗和仪表设备等。


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