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2016.12.01 DC/DC

開關式穩壓器的特性和評估方法

開關式穩壓器的輸出電壓基本上呈現安定化。也就是具備讓已設定電壓値維持穩定之功能。為了維持此安定化,開關式穩壓器會將輸出回授(反饋,feedback)至控制電路。

大致可分為電壓模式控制、電流模式控制、遲滯控制等3方式。

・電壓模式控制(PWM例)

電壓模式控制(PWM例)
電壓模式控制是最基本的方式。經由反饋電路只回授輸出電壓,接著以誤差放大器與基準電壓做比較後再將其差分電壓與三角波做比較來決定PWM訊號的脈衝振幅並控制輸出電壓。

此方式之優點在於純電壓反饋電路使控制簡單化、可縮短ON時間、雜訊或EMI耐性高等。缺點則有位相補償電路複雜。位相補償電路由於為外接,故設計可能較花時間。

 

電壓模式控制

  • 純電壓反饋電路使控制簡單化
  • 可縮短ON時間
  • 雜訊耐性高
  • 位相補償電路複雜

・電流模式控制

電流模式控制

電流模式控制改良自電壓模式控制。使用時係取代電壓模式控制電路所使用之三角波,檢測電路之電感電流。亦可取代電感電流,插入流動於輸出電晶體之電流或電流檢測電阻以進行電流檢測。

反饋電路有電壓電路和電流電路兩方,雖然控制比較複雜,不過優點是位相補償電路的設計大幅簡單化。

其他優點還有反饋電路安定性高、負載暫態響應速度比電壓模式高等。缺點是由於電流檢測敏感,因此雜訊變多時會影響PWM控制。

電流模式控制

  • 改良自電壓模式控制
  • 取代三角波檢測電路之電感電流
  • 反饋電路安定性高
  • 位相補償電路之設計大幅簡單化
  • 負載暫態響應速度比電壓模式高
  • 須注意電流檢測反饋電路之雜訊

・遲滯控制(漣波控制)

遲滯控制方式是針對進一步要求高速負載暫態響應所必需之負載,例如CUP或FPGA等電源而開發之方式。由於檢測輸出之漣波後再加以控制,故亦被稱為漣波控制方式。

遲滯控制(漣波控制)

此方式非透過誤差放大器而是藉由比較器(comparator)來監測輸出電壓。檢測出超過或未超過已設定之門檻値後,由比較器直接進行開關之ON/OFF控制。有檢測因ON時間固定而低於門檻値之方式、檢測因OFF時間固定而高於門檻値之方式、利用上下兩方門檻値視窗之方式。

優點在於藉由比較器直接控制使暫態響應速度變為極高,以及無須位相補償。缺點方面儘管有開關頻率會變動、抖動大、檢測輸出漣波需要較大ESR(等價串聯電阻)之輸出電容,然而已獲得改良,採用此方式之IC逐漸増加。

 

遲滯(漣波)控制

  • 以比較器直接監控
  • 負載暫態響應速度非常快
  • 反饋電路安定性高
  • 無須位相補償
  • 開關頻率會變動
  • 抖動大
  • 檢測漣波需要較大ESR之電容

遲滯(漣波)控制

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