前段時間看了一些關于Buck電路紋波控制的方式,在這里做個總結。相比于傳統的平均電壓環路或電壓電流環路,紋波控制方式能夠實現更低的成本或者更快的響應速度。
Buck最簡單的控制方式便是不需要任何補償電路,僅依靠一個比較器和Buck電路本身就能實現穩定,輸出電壓直接與載波交截,但是輸出電容ESR要滿足一定條件,如下圖,輸出電容ESR提供了環路補償的功能,使系統擁有較好的相位裕度。
但是上述方式有諸多限制,如輸出電容ESR大,往往需要在輸出電容支路增加電阻,影響效率和輸出紋波。
一種改進的方式是采用變頻的方式,固定開關的導通時間(或關斷時間),也是利用輸出電壓紋波與參考信號交截確定開通時間,這里的輸出電壓紋波其實是引入的電感電流信號的反饋(電感電流的紋波只流過輸出電容,在Co的ESR會產生壓降)。因為輸出電流的波動會立即反映到Ico,所以這種控制方式能在一周期內響應負載的瞬變。
但此種控制方式對輸出電容容值、ESR以及Ton有要求,目的就是保證輸入電壓紋波與電感電流紋波保持同相位。
COT和FOT開關頻率相關因素較多,為了消除輸入輸出電壓對開關頻率的影響,一般Ton或Toff時間都會設置成與輸入輸出電壓相關的量,如下圖,Ton與輸入電壓成正比以抵消輸入電壓對開關頻率的影響(假設輸出電壓固定)。
因為對輸出電容ESR還是有要求,所以對變換器輸出電壓紋波以及效率還是會有影響,這種控制方法本質上是利用電感電流紋波信號,所以可以通過一些方法引入電感電流紋波信號從而不需要ESR,如下圖:
采用斜波補償又會對系統穩態偏差產生影響,所以有人提出另一種方式(V2 control)來消除穩態偏差,就是將輸入電壓先與參考電壓經過一個補償環節,因為誤差放大器直流增益很大,所以Vo與Vref的偏差基本可以忽略。
同時為了解決COT或FOT只能響應Toff或Ton時刻的負載瞬變,有人做了如下改進:Ton時刻不僅與輸入電壓相關,還受Verr(t)決定。
可見Buck紋波控制方式從最初的很簡單的控制方式,為了解決一些應用上存在的問題,逐漸演變為較為復雜的方式,在有些地方可能得不償失,所以實際選擇采用哪一種控制還需要看具體應用注重哪些性能,做針對性的選擇,這樣才是最具性價比的選擇。
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