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DC/DC

開關穩壓器的基礎

最初已經說明開關穩壓器的反饋(feedback)控制方式有電壓模式、電流模式、遲滯控制3種。如前所述,開關穩壓器也與線性穩壓器同樣藉由反饋電路進行穩定化。在這裡各加以詳細說明。由於各有優點和缺點,因此該選擇何種方式必須考量平衡點。

電壓模式
電壓模式控制是最基本的方式。透過反饋電路只歸還輸出電壓。藉由以誤差放大器和基準電壓做比較後所差距之電壓再進一步與三角波做比較,決定PWM訊號之脈衝振幅來控制輸出電壓。此方式之優點在於純電壓之反饋電路可進行較簡單之控制、可縮短ON時間、雜訊耐性高。至於缺點方面,則是相位補償電路複雜可能使設計變麻煩。

圖47

圖47

電流模式
電流模式控制是來自電壓模式之改良。電壓模式控制係一種取代欲使用之三角波來檢測電路之電感電流的使用方式。亦可取代電感電流以電晶體之電流或電流感測電阻進行電流檢測。反饋電路有電壓電路和電流電路兩方,控制雖變得比較複雜,不過有相位補償電路設計大幅簡單化的優點。其他優點還有反饋電路穩定性高、負載暫態反應比電壓模式高速等。缺點是由於電流檢測敏感故抗雜訊弱,不過最近此部分因內建於IC而問題變少。

圖48

圖48

遲滯控制(漣波控制)
遲滯(hysteresis)控御方式是腳位對需要更高速負載暫態反應之負載、例如CPU、FPGA等電源要求而開發之方式。由於檢測並控制輸出之漣波,故亦稱為漣波控制方式。此方式不透過誤差放大器而以比較器(Comparator)直接監控輸出電壓。檢測超過或未超過已設定之門檻値後,由比較器直接控制開關ON/OFF。方法有二種,一為在ON時間固定下檢測不超過之門檻値,一為在OFF時間固定下檢測超過之門檻値。

圖49

圖49

此方式之優點在於藉由比較器進行直接控制,故暫態反應極為高速、無須相位補償。缺點雖然有開關頻率會變動、抖動(jitter)大、檢測輸出漣波需要ESR(等價直列電阻)較大之輸出電容,不過此部分已獲得改良,採用此方式之IC逐漸増加。例如藉由在IC内部歸還原本出現於輸出之漣波而得以使用ESR小之陶瓷電容(ceramic condenser),使輸出漣波變小。

圖50

圖50

重點:

・檢討各控制方式之特徴、優點/缺點,選擇最適合設計之方法。


線性調節器和開關調節器的基本資料