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电压模式的开关电源系统向电流模式转变

通常在讨论这两种工作模式的时候 ， 所指的是理想的电压模式和电流模式 。然而 ， 在实际的应用中 ， 电压模式的开关电源系统 ， 即系统反馈环中没有引入电流取样信号 ， 但也会采用其它的方式引入一定程度的电流反馈 ， 电压模式向电流模式转变 ， 从而提高系统动态响 。
1、电压模式输出电容ESR取样形成平均电流模式
理想的电压模式在一定的反馈网络参数下 ， 很难在整个电压输入范围和输出负载变化范围内都能稳定的工作 。输出负载变化可以通过加大输出电容同时使用ESR值大的电容来优化其动特性 ， 尽管这样做导致系统的成本和体积增加 ， 同时增大输出的电压纹波 。
通常 ， 从直观上理解 ， 输出电容ESR和输出电容形成一个零点 ， 对于电流模式 ， 这个零点不是必需的 ， 因为电流模式是单阶的系统 ， 而且这个零点导致高频的增益增加 ， 系统容易受到高频噪声的干扰 。所以电流模式或者使用ESR极低的陶瓷电容 ， 使ESR零点提升到更高的频率 ， 就不会对反馈系统产生作用 ， 或者再加入一个极点以抵消零点在高频段的作用 ， 加入极点的方法就是在ITH(Vc)管脚并一个对地的电容 。
“”图1：输出电容ESR
电压模式是LC形成的二阶系统 ， 这个零点的引入可以一定的程度上抵消LC双极点的一个极点 ， 使其向单阶系统转化 。ESR越大 ， 作用越明显 。因此电压模式输出电压通常使用ESR大的电容 。
另一方面 ， 注意到 ， 输出电压为：
Vo=Vco ESR*DIL
DIL=a*Io
Vco为输出电容的容抗上的电压 ， DIL为电感的纹波电流 ， a为电流纹波系数 ， 一般取0.2-0.4 。
输出电压的小信号值为：
DVo=VDco D(ESR*a*Io)
若ESR小 ， 式中后面的一项基本可以忽略；但是 ， 由于电压模式通常使用ESR值较大的输出电容 ， 这样ESR就不可以忽略 ， 由于ESR的作用 ， 相当于在输入电压的反馈信号中引入了一定程度的电流模式 ， 电流模式反馈量为：D(ESR*a*Io) 。
输出电容的ESR将采样的电流信号送到电压误差放大器的输入端 ， 和输出电压信号加在一起 ， 经过电压误差放大器放大 ， 再送到PWM比较器 ， 其工作的原理相当于平均电流反馈 。在电压模式中 ， 使用ESR大的输出电容 ， 相当于引入一定程度的平均电流模式 ， 从而增加系统对输出负载变化的动态响应 ， 提高系统的稳定性 。
2、电压模式中输入电压前馈引入电流模式
对于输入电压的变化 ， 目前通常采用输入电压前馈技术 ， 来提高系统对输入电压变化的响应 。电压模式中 ， 内部时钟信号产生锯齿波的斜率固定为k ， 图2中的虚线所示 。在没有电压前馈时 ， 产生的占空比为D*Ts ， 则有以下公式：
Vc=k*D*Ts
输入电压前馈就是在内部锯齿波上加入随输入电压变化的斜坡 ， 或者从Vc信号减去此斜坡 。若采用输入电压前馈加在内部锯齿波上的方式 ， 若外加的前馈电压斜坡的斜率为ks ， 内部锯齿波和外加斜坡之和为：k ks 。
前馈前压的斜率随输入电压增加而增大 ， ks正比于Vin ， 即：ks正比于kVin*Vin ， 所以此时的占空比为：
D1=Vc/(k ks)*Ts=Vc/(k kVin*Vin)*Ts
占空比随输入电压的增加立刻而减少 ， 图2中的实线所示 ， 系统提前对输入电压变化做出相应的响应 。
“”图2：电压模式加入输入电压前前馈
若不考虑效率 ， 由功率平衡可以得到：Vin*Iin=Vo*Io ， 所以有：
ks=kVin*Vo*Io/Iin
从上式可以看到 ， 所加的输入电压前馈信号也就是输入的电流信号 。事实上可以这样理解：输入电压前馈技术也就是在理想的电压模式中 ， 叠加一定的电流反馈 ， 以形成一定的电流反馈 ， 从而增加系统对输入电压变化的响应 。
【电压模式的开关电源系统向电流模式转变】

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