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天天速讀:DC-DC的電壓反饋控制模式

2023-06-07 16:16:22 來源:硬件系統(tǒng)架構(gòu)師

DC-DC----反饋控制模式


(資料圖)

1.電壓模式VM

電壓模式控制是最基本的控制方式,如圖8-1通過反饋環(huán)路僅反饋輸出電壓,然后利用誤差放大器將輸出電壓與基準(zhǔn)電壓比較后的電壓差再與三角波進(jìn)行比較(可以回看DC-DC-2:降壓型的工作原理里的波形圖),來確定PWM信號的脈沖寬度并控制輸出電壓。PWM通過將來自輸出電壓和參考電壓的電壓誤差信號(VE)與恒定鋸齒斜坡波形進(jìn)行比較來產(chǎn)生。斜坡由來自振蕩器時鐘信號啟動。在固定斜坡幅度(VR)的情況下獲得了良好的噪聲容限性能,電壓調(diào)節(jié)與輸出電流無關(guān)。電壓模式Err使用3型補(bǔ)償,以支持外部補(bǔ)償設(shè)備的各種輸出濾波器組合。電壓模式的使用需要固定、可預(yù)測的開關(guān)頻率,當(dāng)可能出現(xiàn)較大的輸出負(fù)載變化時也很有用。

圖8-1:電壓控制拓?fù)?/p>

圖8-2誤差放大器(error AMP)比較Vout和Ref,同時自身調(diào)整穩(wěn)定性、響應(yīng)性能,輸出FB信號,PWM發(fā)生器將FB信號和恒定頻率三角波比較,決定On duty。

雖然反饋控制環(huán)路簡單僅僅監(jiān)控輸出的電壓,但是只要輸出電壓不變動就無法響應(yīng),相位補(bǔ)償復(fù)雜,需要增加超前補(bǔ)償(RIN,CIN),內(nèi)部滯后補(bǔ)償(RFB,CFB)。負(fù)載變動太快會導(dǎo)致響應(yīng)速度慢(輸出電壓發(fā)生變化,誤差放大器的RC和時鐘電路會把輸出電壓的變化延遲一段時間,再反饋到控制電路)。

圖8-2:電壓模式控制環(huán)路

圖8-3:負(fù)載變動響應(yīng)波形

從圖8-3可以看到負(fù)載變動導(dǎo)致Vout下降,但直到FB和三角波相交,HG(高邊驅(qū)動)和LG(低邊驅(qū)動)都無法及時響應(yīng),而是存在一定的延時。假設(shè)負(fù)載變動頻繁超過一定程度,則Vout始終無法趨于穩(wěn)定,會顯著影響系統(tǒng)的運(yùn)行。

2. 帶電壓前饋的電壓模式(VFF)

VFF類似于電壓模式,但在電壓模式控制的基礎(chǔ)上,增加將輸入電壓直接反饋到控制環(huán)路中去,也就是是說反饋環(huán)路會同時監(jiān)控輸出電壓和輸入電壓的變化。斜坡發(fā)生器以恒定的斜坡幅度隨輸入電壓改變PWM斜坡,并對輸入電壓變化提供瞬時響應(yīng)。對與輸入電壓的變化相關(guān)的變化,能快速改變脈寬調(diào)制的占空比,且線性響應(yīng)速度得到提升,PWM不必等待環(huán)路延遲來改變占空比。在需要固定、可預(yù)測的開關(guān)頻率時可以使用VFF,當(dāng)輸入電壓和輸出負(fù)載可能發(fā)生大范圍變化時也很有用(寬輸入電壓范圍和寬輸出負(fù)載電流范圍)。

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