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用最简单的方式理解开关式稳压器控制原理资料下载
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2021-04-04
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作者：颜荣宏
图1：Camera/Radar 应用方块图
汽车应用中，随着电子系统逐渐增大的情况下，电源的需求也逐渐的增加（如图1）。例如，以往一般芯片的电流需求大多在100mA以下，但依目前的需求而言，500mA已成为主流，也因此在稳压器的输出电流及整体系统功耗的考虑下，开关式稳压器无疑是最佳的选择。在这次的介绍中，将从最简单的方式开始来介绍一下开关式稳压器的控制原理。
何谓PWM (Pulse width modulation) 脉波宽度调变？
开关式稳压器是借由调整能量的导通时间(duty cycle)来提供输出能量的需求。简单来说就是当要输出功率较大时，则开关导通的时间也会跟着增加，反之则会减少导通时间来降低功率的输出。
1、电压模式脉波宽度调变
在图2中，Vosc为一固定的振荡频率通常由电源IC产生，V_FB为输出电压的反馈，在波形中可以看到PWM的宽度随着输出反馈的电压再和振荡的锯齿波作比较后所得出。在这张图形中也有另一指标，那就是让一般入门开始学开关式稳压器的人知道一个脉波宽度是从哪里开始(switch on)然后在什么条件关闭(switch off)。
图2：电压模式脉波宽度调变
2、电流模式脉波宽度调变
图3中, Vclock为一固定的振荡频率脉冲，通常由电源IC内部产生。V_RI为切换电流的取样值所转换出的电压值。在波形中可以看到PWM的宽度随着输出反馈的电压再和切换电流的采样值作比较后所得出。在电流模式脉波宽度调变中，（switch on）则是固定触发的脉冲，再以电流的采样点来作为关闭开关（switch off）。
图3：电流模式脉波宽度调变
以非隔离降压稳压器为例讲解何谓连续模式，非连续模式和临界模式设计
图4中，上图为Switch on (Q1导通,Q2断开)电流方向,下图为Switch off (Q1断开Q2导通)。电流对电感关系的公式1.中可以得知当电压固定时,电流的大小会随着时间及电感的大小作变化。
图4：降压稳压器
1、连续模式
在图5的最上波形为上臂导通时流过Q1的电流，我们可以看到波形从上升至I_PP,在导通周期结束后，电感的能量开始释放至输出端，所以可以看电流会由下臂开关Q2回路下降。从输入及输出的周期来看，整个周期并没有中断的时间(上下开关皆为开路)。这样的开关模式即为连续式模式。
图5：连续模式
2、 非连续模式
在图6的最上层波形为上臂开关导通时流过Q1的感电流，我们可以看到波形从零上升至I_PP,在导通周期结束后，电感的能量开始释放至输出端，所以可以看电流会由下臂开关Q2回路下降并回到零点。从输入及输出的周期来看，上下开关导通的周期出现中断的时间(上下开关皆为开路)并且电感的电流皆会回复至零点。这样的开关模式即为非连续式模式。
图6：非连续模式
3、临界模式
临界电流模式从字面上不难理解其恰好界于非连续模式及连续模式的临界点，意即每个周期的结束及开始都会在电感电流为电点的时候。
综合以上所述，我们可以从周期D=Vout/Vin 得知其Ton(dt)的时间，再由公式1求得其临界电感值。于是电感值大于临界电感时，当负载大于其临界设定时，其电流便会进入所谓的连续模式，反之在负载时小于临界设定时，便是所谓的非连续模式。
希望在本文的介绍中可以让大家在开关式稳压器的工作原理有较多的了解。
本文转载自：英飞凌汽车电子生态圈（作者：颜荣宏）
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