（可编）电流模式直流电源模块DC-DCConverter设计.docx

P州信號PWM、comparator補償器I：流模式DC・DC Converter設計70年代問世的直充模式控制直原•至今已經毡過"年的歴史，不過有闘直节眞式控制百甲的動作原理春特性仍然不清 楚 睢樊部份設計言具備非常豐冨的實務径•财，不過邕流模式控制邕源屋忙高難實技巧，因此大乱份的入門昔都是仰賴換宗 甚李視為畏途,然而對設電源設計者而言,妗起砺必舜岩翦流模式與霞壓俚艾•兩者的差異具備基车糸識•同時能夠判I斷主 要用途爲何電流IBKI2制電詩具情以卜優踏：•線性調整(line regulation)非常優秀•位相補償非常簡單-即使市在電邃連績僕武目蜜流非連街但艾的理界粘,它的動作仍然非常楼定•由映任時榆測邕感(inductor)電克，因此電流慎式控制車源旦備电流限制功能接著牛女要探訂邕流模式(mode)控制直原旳洁構教侵聪點，同時輔以DC・DC樓換器(converter)設計實例作說明何謂電流模式控制函原的性能例如阴入的線性調整、輸Z線奧負載的塗動反應特性 基本上取決於歸退回路(return loop)的結情歸见方式 可分為兩博•分別是：(a) .W流模式控制(b) •电壓模式控制•有關電哓模式控制圖1是邕哽惧式控制的DC-DC Converter^路責例•由圖可知它是由單•的歸選回路所搆咬•它的輸出電座將，耳return) 至輸入揣(input side) •誤差増幅器可將基準审壓v「w •輿分壓後的輸出電壓差分増幅•再将output輸入到脈衝實愛調蜀 (PWM: Pulse Width Modulation) , PWM比較养(comparator冋將増幅後的芸分成份信熒•目內空歪生的据齒状信筮作 比較•並將on duty Dg可變化,最後再輸出(out put)PWM信號,/誤差増幅器殖鲂器鋸齿波圖1當哽橫式控制的DC・DC塑傾蜀基本蜜幣•有麗電流模式控制圖2是邕売懐式控制的DC・DC轉抱器電路實例，由圖可知它是在電壓歸己端追WRE4使電惑邕泛歸退於回路 在S^!B 式控制的DC-DC Converter 流入電感的電流輿流入PWMft較巷可以栓制。

n duty的壟流都梭菖作控制信防入,拠句話 說保T輸出雷嗟之外電感笛流也能衅選•是它與宙壓模式最主要的結惓差史 圖2土童亢模式控制的DC・DC Converter的 竜憨檢測方法有三檯,分別是：（一） •平均电流樓式控制•（二） .固定ON/OFF時間控制•（三） .峰値（peak）疊流模式控制圖2車流模式控制的DC・DC Converter^本留路圖3是平均直流蟆式控制的DC-DC Converter車路，由於輸入蜜流奧株入宙壓同相•因此它可以有故改善风入效率平均化(兩偵電路unit電流増幅器comparator据飪波梅測的 宦密電流圖3平均電荒模式栓制的DC-DC Converter基本邕路圖4是固定ON/OFF時間控制的電流慎式DC・DC Converter車路•由圖可知switching元件LJdevice)--日.turn on，S 感邕流II會：幅増扣如果歸選後的電愚電流比控制信號更大的站• switching元件會在固定時間turn off •之後 switching元件再turn on "洁果造成switching頻率産牛變化，因此固定頻率式的邕流模式控制洁溝I:非常海潔 (simple)圖4函定ON/OFF時間桂制Type的DC-DC Converter基本電路峰値(peak)電流模式桂制則是审源蟹路設計者經常使用的方式,圖2的switching〒件T「「旦turn on的話，百氏電充此 曽大幅增加•如果電愚電流II與控制信號•致時・switching元件TrlS^固定周期尤殘餘期間turn off戯外峰値(peak) 電流作武控制Converter爲獲俸慶秀的線肥調整特性•因此藉由輸入壓原內的交流ripple^ •去除聴感頻率帶土噪訳 (noise)。

不謫是電流連檀模式或是审流非連if電式、ST具有相同的動作特性•所以即使鱼是费圍非常寛嘗，兩者仍然具備極定流作的籽日,而且補償审路也很簡單 習感電流II値亦即控制壟壓,是利用輸出窗壓的歸屈言雖控制・上的檢測信號則與栓制BEvc作比較•被歷毗上亶到與机 相同之前，PWM comparator的輸出會国f锥持「H」亦即T”爲ON狀態，若匕與V相同時就成為「L」，亦卽T”爲OFF 狀態下個cycle則是從RF flip flop袱固定裙率尤clock信链南夏根(reset)後扌開始動作•如此一來匕的蜂値就町利用控制電塹獲 碍正確的栓制由此珥知重流模式控制特性是由許多要素構及圖5是峰値電流模式控制Converter^、信就動作方塊圖(block diagram)，該方埋圖分成兩個歸茂回路，分別是外側旳至 壓歸返回路與內測的壟流歸汲回路(loop)毫壑歸见回路的帏i入就是所謂的基率戯壓V「e"基準電壓V「ef會利新出電璽作比 較，它的誤箜信筈曾流入補償签，補償釜則壷生控制車嗟V輸入到電流歸選回路 童流歸退回路會恨推13制雷塹Vc决定雷 感邕流II的大小•而傳違關數F2則隨著DC・DC變铜器的洁構性變。

如圖2所示在step down Converter的電蓮電面、會流入輸出宙吝c 塑負乖電阻％ 並聪連接影成的台流阻抗電力増幅電路宙堡歸近(impedance)內，接著时《建定电塹上述的F?盐是用來表示它的傳母當數• F?的輸閥驚壓此小會彼歸避阻疣分蛭制傳 達開數禹)檢刨•不過爲十舆基華审壓V「ef比較因此再度折近宙爲路卫回路的Ti就是所謂^gSjEvc・控制壟壓V曹奧 被榆膚的董感電流比較、在某個gain(FM)會栓制PWM信穂的on duty上述PWM信待會械送至可以産牛輸出SEv^t • 與電感電流II的電力増幅段(F］與F2)•由拦電力增幅段包台switching元件與filter元件-因此電愚電流］(_通過檢則gain後 會折汲控制雷壓Vc進行比較. )14/楡糸蝙岀電堕J%:p甄套周器的裂3duty “cle與電感電流的僞遥闊熨F2 :輸出電塹與電感電*題出粤逹閱數爲演感重流的臧即sainH(S):裱sairiple的電 懸宦滝侍遅啊圖5宙流慣式栓制的動作方垸圖電流模式控制的優點與理由(―).算備良好的線形調整(line regulation)将性以圖S宙流蟆式控制爲例，由代電流鮮選回路依應造成的控制信哓Vc 輿魅i出直lEVout之間的俱違gain，師f會令到輸入宙 璽&的号瀋,所以線形調整非常傥秀；相較之卜電哓模式控制幻場台，控制信號晚與赣出電壓Vg之間旳傅違，是用輸入 BE的關數表示•由於gain輿紡入雷壓滁呈比例,因此線形調整特性並不好-(二)•位相補償非常簡單竜笊僕式15制的位相補償邕路非常簡單 如圖2所示重流供式step down Converter的場合-由於電力増塌段被富住是流 入由輸出匿容與負載電阻所構成的並聯電路的匿流源•因此邕力增幅段的低領具満P。

"特性：而留壓樓式控制的强恩塵流未倒3制，所以邕力増幅核會因filter則具備double pole •圖6是电壁偉式控制與電荒模式控制•從step down變钥蜀控 制信蟹辛輸出(亦即陷力增幅段)届止的頻率柠住宦壓模式妾「山冊I Hill I電流模式争猝4Hz)(a)Gdin(b)位杓圖6串流/雷壑標式控制的loop gam board線圖制的場台•可利用蜜流締，及興slope補償獲書o)p/2n pole特性,如此一來高額時gain會以-20dB/dec衰施亚 以fo變成OdB •此外由拭、輸出曲容Cut的琴價申聯電阻ESR(Resr)*容響，遣Rjl/(2nxC0UtxRESR)具備野财(zero) •而 gain特性會再度成為扁平狀(flat)7Fswitching率•半以上的頻率 PWM塑調器輿邕力増幅W具有-40dB/dec的衰皆有性 若甲.：驻布模式控制可使gain 塑成1的絹率f設爲％w/2的0.2左右的話，gain超過1以上的頻率，位相的旋慝就無大於90 -因H封DC・DC*器的補償 器而言•必需鞋誤圭沽幅器具備適當的直克gain •再用1 pole使它衰城•接著插入進相補償專用的zero補償即可“却圖7 所示IC內由只爲在transformer conductance amplifier的輸出端•設置董答器與銀阻申聆劉路就T進行補償圖7雷流模式控制的位相補償直路極耳債體化雹壓酝控制的場台-在1（况3七心丿時具有兩個卩0紀,鞋然用-40dB/dec可以使gain衰版•不遇加此一來位相可能曾 習1蜜誓就景之螺早理薔播需漕鶴盜並且能以舫出董容的ESRS的zero财的頻率1/（20（三） .動作将性不仰賴至流連销輿電流非連御動作惺式誤差增幅器的補償籽住•設計眸必需考慮豊为增幅度的頻率反應•因居留流連犢模式的豊終胃幅爲連馈性不會變成0 ；而雷 流非連督慎艾switching期間•藏非連流傑建成0・進而造吸童力增幅段的絹率特性受到号率•換句話說最適當旳甬償値會 匯著择用的動作樓式不同出現極大的差異。

以電窿俚艾控制著例 霞力增幅投的特性巨電流連著採用時•它曾以2 pole system方式動作；莹流非連请馋式時則以1 pole system方式動作•所以兩者需有不同的補償章路，此外雷流模式控制 的歸選邕壓會流入直接負敵12制電流•因此作官是電薦連續動作倡式外是電芨非連檀動作模式•都是以1 pole system方 式動作，電流懊式桂制最大優點是•宙力增幅於的傳痙關數*與邕盖連績動作模式柬是留流非連植T作模式非常類似•換句話說即使 載資流大幅變動• Converter的動作只需作壟淀連損動作模式或是璽売非連用動作模式的切換即4 •而動作特性本身卻不曾 有巨大變化之虞四） .不需另外芸置电蔬俱制直路電流槌式栓制的DC-DC Converter本身就具漏审売限制功能・因it F需另外設置雷淀限制簞踣PWM控制信盥的on duty 取決於控制電壓•輿宙感笛流的檢測至匡比較結果・因此switching元件的宙晶體（transistor）-•日ON的話,検;8|雷淀會増 加•菖稀則車流與栓制電壓相等時•電晶體就變成FF狀態，直到卜個switching cycle開始為止•也就是說校制重塹本号 會阻制•邕感•直流的峰値•因此只喫設定控制琶壓的限度値•就可以限制負載電流 此外電流歸還回路已經具備可以用測耄卷 强流的驻路•所以不希另外設置擊流限制宙路電感電流的檢測方法如I•.所述早隹诊電淀俾式桂制訐多優站、不過若上所得穩的動作，設計上有幾項述站必需恪外曲,尤其是電上所流的上所方 法鈴重要 如圖8所示電感雷流檢測方法共有-憧，因此榜著探討BFS f?的檢？（方法（一）.驻荒檢刖备阻學聯・搐入power MOSFET的dram side方式 如圖8(a)所示•它是在Power MOSFET的ON囲間檢測流動電流•樂然這塊方渋的電阻電；損失比圖8(b)型式低，不過 Power MOSFET switching時•二極體(diode)曾童牛很大的晚訊(noise) •所以無法槟刊正確的電淀値 當Power MOSFET從ON變成OFF，或是從OFF變成ON時，詩嗓訳會号率print pattern的電感成份與容量R份，由任皿訊會出現在 檢測•且兩端•並使PWM控制信號産生類似「L」的虛傾trigger信熒,诘果造成無法正確調整(regulation)(a。