電壓型滯環(huán)控制的同步Buck變換器

圖7 滯環(huán)控制的同步Buck理想輸出波形

滯環(huán)控制與其它控制相比最大的優(yōu)點(diǎn)在于它的響應(yīng)速度，這點(diǎn)將在后面的仿真中得到驗(yàn)證。這是因?yàn)?，不像其它的控制那樣，滯環(huán)控制不需要慢的反饋環(huán)。在開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)瞬態(tài)發(fā)生時(shí)即響應(yīng)瞬態(tài)負(fù)載電流。它的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間僅與滯環(huán)比較器和驅(qū)動(dòng)電路的延遲有關(guān)。比較器輸入端的高頻濾波電容也增加了一些額外的延遲。這些延遲大都與選取技術(shù)水平有關(guān)，因此，滯環(huán)控制在理論上是最快的控制方式。

3.2 開關(guān)頻率的估算

在輸出濾波因數(shù)決定后，應(yīng)該估計(jì)電源的開關(guān)頻率。如果估計(jì)的開關(guān)頻率太高，功率MOSFET的開關(guān)損耗就高，導(dǎo)致效率低于最佳的效率。如果估計(jì)的開關(guān)頻率太低，電感值會(huì)增大，從而引起不理想的瞬態(tài)響應(yīng)。

為了正確地估算出滯環(huán)調(diào)節(jié)器的開關(guān)頻率，圖8中的輸出電壓是所需穩(wěn)定狀態(tài)的值。圖7中輸出電壓的紋波也被研究。電容包括引起紋波的三個(gè)參數(shù)是：ESR，ESL和電容值。

Vp-p(t)=Vc(t)＋VESR(t)＋VESL(t)（1）

參考[4]，功率級(jí)變換器的開關(guān)頻率的代數(shù)式為

fs=（2）

式中：Vin為輸入電壓；

Vo為輸出電壓。

圖8 所需穩(wěn)定狀態(tài)的輸出電壓

3.3 仿真與實(shí)際應(yīng)用

圖9和圖10分別是采用PSPICE仿真所得到的滯環(huán)電壓控制和傳統(tǒng)電壓型控制在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)輸出電壓的波形圖?？梢悦黠@地看出滯環(huán)控制的輸出電壓重新進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間為0.1ms，對(duì)于負(fù)載瞬態(tài)有近乎同步的響應(yīng)。而傳統(tǒng)電壓型控制則需要4ms的時(shí)間。

圖9 滯環(huán)控制輸出電壓的波形

圖10 傳統(tǒng)電壓型控制輸出電壓波形

在實(shí)際的應(yīng)用中，采用TI公司的TPS5210芯片設(shè)計(jì)完成了輸入電壓為12V，輸出電壓為2V，輸出電流峰值為20A的電壓型滯環(huán)控制的同步Buck變換器，其工作效率可以達(dá)到88％，從而驗(yàn)證了該理論的適用性。

4 結(jié)語(yǔ)

電壓型滯環(huán)控制比其他的控制方法有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如：電路簡(jiǎn)單，不需要反饋環(huán)路的補(bǔ)償，對(duì)于負(fù)載瞬態(tài)有近乎同步的響應(yīng)，對(duì)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間沒有限制等。本文對(duì)電壓型滯環(huán)控制和同步Buck變換器的基本原理進(jìn)行了闡述，并詳細(xì)分析了兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合的電壓型滯環(huán)控制的同步Buck變換器技術(shù)，并將電壓型滯環(huán)控制與傳統(tǒng)電壓型控制對(duì)瞬態(tài)負(fù)載變化的輸出電壓進(jìn)行了仿真比較和實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證。文章最后簡(jiǎn)單地給出了對(duì)滯環(huán)控制的開關(guān)頻率進(jìn)行估算的方法。