開關(guān)電源實現(xiàn)數(shù)字化控制方案
盡管業(yè)內(nèi)不少人都認(rèn)為，模擬和數(shù)字技術(shù)很快將爭奪電源調(diào)節(jié)器件控制電路的主導(dǎo)權(quán)，但實際情況是，在反饋回路控制方面，這兩種技術(shù)看起來正愉快地共存著。
的盡管業(yè)內(nèi)不少人都認(rèn)為，模擬和數(shù)字技術(shù)很快將爭奪電源調(diào)節(jié)器件控制電路的主導(dǎo)權(quán)，但實際情況是，在反饋回路控制方面，這兩種技術(shù)看起來正愉快地共存著。
確，許多電源管理供應(yīng)商都提供了不同的方案。一些數(shù)字控制最初的可編程優(yōu)勢現(xiàn)在甚至在采用模擬反饋回路的控制器和穩(wěn)壓器中也有了。當(dāng)然，數(shù)字電源還是有一些吸引人之處。
本文主要討論脈沖寬度調(diào)制(PWM)、脈沖密度調(diào)制(PDM)和脈沖頻率調(diào)制(PFM)開關(guān)穩(wěn)壓器和控制器IC。其中一些集成了控制實際開關(guān)的一個或多個晶體管的驅(qū)動器，另一些則沒有。還有一些甚至集成了開關(guān)FET，如果它們提供合適的負(fù)荷的話。因此，數(shù)字還是模擬的問題取決于穩(wěn)壓器的控制回路如何閉合。
圖1顯示了兩種最常見的PWM開關(guān)拓樸布局的變化，降壓和升壓(buck/boost)轉(zhuǎn)換器。在同步配置中，第二只晶體管將取代二極管。在某種意義上來講，脈沖寬度調(diào)制的采用使得這些轉(zhuǎn)換器“準(zhǔn)數(shù)字化”，至少可與基于一個串聯(lián)旁路元件的723型線性穩(wěn)壓器相比。事實上，PWM使得采用數(shù)字控制回路成為可能。不過，圖1中的轉(zhuǎn)換器缺少控制一個或幾個開關(guān)占空比的電路，它可在模擬或數(shù)字域中實現(xiàn)。
不管采用模擬還是數(shù)字技術(shù)，都有兩種方式實現(xiàn)反饋回路：電壓模式和電流模式。簡單起見，首先考慮它在模擬域中如何實現(xiàn)。
圖1: 沒有控制器的開關(guān)模式DC-DC電源十分簡單。不論用于升壓還是降壓，其成功與否取決于設(shè)計者如何安排一些基本的元器件。
在電壓模式拓樸中，參考電壓減去輸出電壓樣本就可得到一個與振蕩器斜坡信號相比較的小誤差信號(圖2)，當(dāng)電路輸出電壓變化時，誤差電壓也產(chǎn)生變化，后者反過來改變比較器的門限值。反過來，這將使輸出信號寬度發(fā)生變化。這些脈沖控制穩(wěn)壓器開關(guān)晶體管的導(dǎo)通時間。隨著輸出電壓升高，脈沖寬度將變小。
圖2: 電壓模式反饋(本例中在模擬域)包含一個控制回路。
電流模式控制的一個優(yōu)勢在于其管理電感電流的能力。一個采用電流模式控制的穩(wěn)壓器具有一個嵌套在一個較慢的電壓回路中的電流回路。該內(nèi)回路感應(yīng)開關(guān)晶體管的峰值電流，并通過一個脈沖一個脈沖地控制各晶體管的導(dǎo)通時間，使電流保持恒定。
與此同時，外回路感應(yīng)直流輸出電壓，并向內(nèi)回路提供一個控制電壓。在該電路中，電感電流的斜率生成一個與誤差信號相比較的斜坡。當(dāng)輸出電壓下跌時，控制器就向負(fù)載提供更大的電流(圖3)。
圖3: 電流模式反饋采用了嵌套反饋回路。與電壓模式不同，它需要計入電感上的電流。
在這些控制拓樸中，在回路的相移達(dá)到360°的任意頻率處，控制回路的增益不能超過1。相移包括了將控制信號饋入反饋運放的倒相輸入端所產(chǎn)生的固有180°相移、放大器和其它有源元件的附加延遲、以及由電容
