基于COT控制的降压型DC-DC转换器设计（三）

       BUCK转换器的传统控制模式

        为了得到稳定的输出电压，DC-DC 转换器需要构成稳定的闭环结构，对输出电压的值进行动态调节。闭环反馈可以是输出电压的变化、电感电流的变化、输出纹波的变化等，根据反馈信号及其调节方式的不同，可以将其控制模式分为 电压模控制、 电流模控制、 迟滞控制、 COT 控制等。

电压模控制

        电压模控制方式即仅通过反馈电压，在系统环路控制的作用下使转换器输出稳定的电压。

        下图为电压模式控制架构，其中 R0，R1 为分压电阻网络，为输出负载，OSC 为振荡器，EA 为误差放大器，COMP 为 PWM 比较器。

        电压模控制原理：

        通过电阻分压网络 R1 与 R2 将输出电压 进行分压，得到反馈电压 ，通过 EA 对放大反馈电压 与参考电压 之间的差值，输出电压 ，再将 与振荡器生成的具有一定频率与幅值的锯齿波通过PWM 比较器进行比较，输出 PWM 控制信号，该信号的周期与锯齿波信号周期一致。

        而通过调节分压电阻 R1、R2 的比例，可以调节输出电压的大小。PWM 信号通过驱动与控制逻辑对高端 M0 与低端管 M1 的开关进行控制。下图为电压模控制在稳态工作状态下的波形图。

        在一个周期内，控制与驱动信号首先打开 M0 管，输出电压逐渐开始上升，反馈电压升高，当其升高至超过阈值时，PWM 比较器 COMP 翻转，控制 M0关断，M1 打开，输出电压开始下降，形成动态平衡保持输出电压的稳定。

        当输出电压大于设定目标电压时，其反馈电压增大，通过误差放大器后输出的误差信号 VC 抬升，最终使得输出控制信号的占空比减小，此时，作用在开关管上的驱动信号在一个周期内开启高端管的时间缩短，使得输出电压大小降低，使得输出电压达到稳定状态，同理，反馈电压减小时占空比变大。

        电压模控制由于仅有一条反馈回路，即电压反馈回路，故其结构相对简单，同时较大摆幅的锯齿波信号使得电压模控制对噪声的抵抗能力更强。但因为电感电流与输出电压存在一定的相位差，其对负载变化的响应较慢。同时电压模设计的补偿网络通常为 III 型补偿，其结构较为复杂，也会降低系统的响应速度。

电流模控制

        电流模控制方式与电压模控制方式的区别是在电路中加入了电流采样部分，该控制模式与电压模控制的单环控制不同，是包含了电压与电流的双环控制，其中电压环确定输出电压 VOUT，电流环包含负载电流与输入电压的变化信息，加快响应速度。通过电压反馈与电流反馈的双反馈结构稳定输出电压。电流模控制包括峰值电流模控制、平均电流模控制、滞环电流模控制等。

电流模控制原理：    

        在电流模控制结构 DC-DC 转换器的实际设计中，应用最广泛的是峰值电流模控制模式，其结构图如下图所示。

        

        其包含两条反馈回路，第一条反馈回路为电压回路，与电压模控制相同，由反馈电压参与环路比较，最终由 EA 输出误差放大信号。

        同时其对电感电流采样，通过转换电阻 将采样电流 转化为与其成正比的采样电压 。与斜坡补偿信号进行叠加，产生叠加电压。 与 在 PWM 比较器中进行比较，输出 PWM 控制信号。在这一过程中除反馈电压外，电感峰值电流同样参与了整体环路的控制。

        当高端管导通时，电感电流升高，采样电流升高，使得 与 上升，当叠加电压 达到 后，PWM 比较器翻转，使高端管关断。峰值电流模式通过控制电感电流的峰值，间接控制占空比。

        电流模控制由于内部的振荡器结构，其可以保证在不同的输入输出电压的情况下，均可以保持开关控制信号频率的稳定。同时该模式具有更大的带宽，补偿网络相对简单，与电压模控制相比，其响应速度更快。但其对噪声的敏感度更高，可能对系统的稳定性产生影响。

迟滞控制

        电压模控制与电流模控制为基于小信号控制模式，而迟滞控制为基于大信号的控制模式，可以通过电流进行控制，也可以通过电压进行控制。同时其直接将反馈信号与参考信号进行比较，不存在环路稳定性问题。

        

        滞回比较器具有上限参考电压 与下限参考电压 ，反馈电压通过滞回比较器进行比较，当 小于 时，输出翻转，通过驱动与控制逻辑控制高端管打开，低端管关断，进入充电阶段。当大于 时，输出翻恢复，通过驱动与控制逻辑控制高端管关断，低端管打开，进入续流阶段。
        正常工作时反馈电压 在 与 之间不断切换，形成迟滞效应，最终输出稳定电压。
        由于迟滞模式直接将反馈信号作为比较器的输入，没有误差放大器，不存在环路稳定性的问题，使得其电路结构较为简单，并且具有良好的稳定性。这也使得在早期开关电源的设计中迟滞控制模式被广泛应用。但同时由于开关频率直接与输出电压或电感电流相关，会产生相当的变频噪声，且输出电压的纹波也相对较大，迟滞输入的电压也会对响应速度造成很大的影响。正是由于以上的众多缺点，在现在的商业产品迟滞控制模式的设计很少出现。