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電流模式DC-DC Converter設計　 寧靜 內容標題導覽：｜何謂電流模式控制｜電流模式控制的優點與理由｜電感電流的檢測方法｜Sub Harmonic發振與Slope補償對策｜電流模式DC-DC Converter的電感設計實例｜電感與位相補正電路的設計實例｜結語｜ 　 70年代問世的電流模式控制電源，至今已經超過二十年的歷史，不過有關電流模式控制電源的動作原理與特性仍然不清楚。雖然部份設計者具備非常豐富的實務經驗，不過電流模式控制電源屬於高難度技巧，因此大部份的入門者都是仰賴摸索甚至視為畏途，然而對設電源設計者而言，最起碼必需對電流模式與電壓模式，兩者的差異具備基本常識，同時能夠判斷主要用途為何。電流模式控制電源具備以下優點:?線性調整(line regulation)非常優秀。?位相補償非常簡單，即使市在電流連續模式與電流非連續模式的境界點，它的動作仍然非常穩定。由於恆時檢測電感(inductor)電流，因此電流模式控制電源具備電流限制功能。接著本文要探討電流模式(mode)控制電源的結構與優缺點，同時輔以DC-DC轉換器(converter)設計實例作說明。 　 何謂電流模式控制 電源的性能例如輸入的線性調整、輸入線與負載的變動反應特性，基本上取決於歸返回路(return loop)的結構。歸返方式可分為兩種，分別是:(a).電流模式控制。(b).電壓模式控制。?有關電壓模式控制圖1是電壓模式控制的DC-DC Converter電路實例，由圖可知它是由單一的歸返回路所構成，它的輸出電壓歸返(return)至輸入端(input side)，誤差增幅器可將基準電壓Vref，與分壓後的輸出電壓差分增幅，再將output輸入到脈衝寬變調器(PWM: Pulse Width Modulation)，PWM比較器(comparator)可將增幅後的差分成份信號，與內部產生的鋸齒狀信號作比較，並將on duty Don可變化，最後再輸出(out put)PWM信號。 　 圖1 電壓模式控制的DC-DC變頻器基本電路 　 有關電流模式控制圖2是電流模式控制的DC-DC轉換器電路實例，由圖可知它是在電壓歸返端追加設置可使電感電流歸返的回路。在電流模式控制的DC-DC Converter ，流入電感的電流與流入PWM比較器可以控制on duty的電流都被當作控制信輸入，換句話說除了輸出電壓之外電感電流也能歸返，是它與電壓模式最主要的結構差異。圖2的電流模式控制的DC-DC Converter 的電感檢測方法有三種，分別是:(一).平均電流模式控制。(二).固定ON/OFF時間控制。(三).峰值(peak)電流模式控制。　 　 圖2 電流模式控制的DC-DC Converter基本電路 　 圖3是平均電流模式控制的DC-DC Converter電路，由於輸入電流與輸入電壓同相，因此它可以有效改善輸入效率。 　 圖3 平均電流模式控制的DC-DC Converter基本電路 　 　 圖4是固定ON/OFF時間控制的電流模式DC-DC Converter電路，由圖可知switching元件Tr1(device)一旦turn on，電感電流IL會大幅增加。如果歸返後的電感電流比控制信號更大的話，switching元件會在固定時間turn off，之後switching元件再turn on，結果造成switching頻率產生變化，因此固定頻率式的電流模式控制結構上非常簡潔(simple)。 　 圖4 固定ON/OFF時間控制Type的DC-DC Converter基本電路 　 峰值(peak)電流模式控制則是電源電路設計者經常使用的方式。圖2的switching元件Tr1一旦turn on的話，電感電流IL 會大幅增加，如果電感電流IL與控制信號一致時，switching元件Tr1會將固定周期的殘餘期間turn off。此外峰值(peak)電流模式控制Converter為獲得優秀的線形調整特性，因此藉由輸入電源內的交流ripple成份，去除聽感頻率帶的噪訊(noise)。 不論是電流連續模式或是電流非連續模式，都具有相同的動作特性，所以即使負載範圍非常寬廣，兩者仍然具備穩定動作的特徵，而且補償電路也很簡單。電感電流IL值亦即控制電壓，是利用輸出電壓的歸返信號控制，IL的檢測信號則與控制電壓Vc作比較，被檢測的IL直到與Vc相同之前，PWM comparator的輸出會持續維持「H」亦即Tr1為ON狀態，若IL與Vc相同時就成為「L」，亦即Tr1為OFF狀態。下個cycle則是從RF flip flop被固定頻率的clock信號源復原(re