电压模式向电流模式转变

小融一号

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。

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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。

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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。

文章来源：微信公众号   融创芯城（一站式电子元器件、PCB、PCBA购买服务平台，项目众包平台，方案共享平台）