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高效、低纹波DCS-Control™，实现无缝PWM/节能转换
发布时间:2016-05-04 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]TI 推出了采用DCS-Control™技术的同步降压转换器，它是一款可无缝转换至节能模式的直接控制调节拓扑。这种拓扑融合了电压模式、电流模式以及迟滞控制拓扑的众多优点，并同时实现顺滑转入节能模式。本文为您介绍DCS-Control拓扑的工作原理，展示其在节能模式下的低输出电压纹波、优异的瞬态响应以及无缝模式转换性能。
基本工作原理
DC-Control拓扑基本上是一种迟滞拓扑。但是，它整合了几种电路，同时拥有电压模式和电流模式拓扑的优点。图1显示了DC-Control拓扑的基本结构图(取自TI的TPS62130降压转换器产品说明书)。
图1 DCS-ControlTM拓扑结构图
DC-Control拓扑的输入共有两个：反馈(FB)引脚和输出电压检测(VOS)引脚。大多数DC/DC转换器的FB引脚输入表现均相同。它是误差放大器或者运算放大器的高阻抗输入，其目的是把FB引脚的误差信号输出至某个内部基准电压VREF。与其它DC/DC转换器中一样，误差放大器提供精确的输出电小型电感器压调节。在输出电压(FB引脚)和接地之间的分压器，设置输出电压的设定点。就一些器件而言，例如：TI的TPS62131等，通过一个VOS绕行电感引脚分压器内部连接FB引脚。这样便可设置输出电压，减少2个外部组件，并同时降低FB引脚的敏感度。在误差放大器周围包含相应的补偿，以确保其稳定性。
在输出电容，VOS引脚直接连接至转换器的输出电压。与FB引脚一样，它是控制环路的高阻抗输入。与FB引脚不同的是，VOS引脚进入某个专有电路，形成电压斜升。之后，把该电压斜升与误差放大器的误差信号比较，其同电压模式和电流模式控制的做塑封电感法一样。VOS引脚到比较器的通路，让DCS-Control拓扑拥有快速的迟滞响应。VOS的输出电压变化直接馈给比较器，并立即对器件的运行产生影响。正因如此，VOS引脚对噪声敏感;因此，输出电压从输出电容器返回至器件VOS引脚的路线应尽可能地短和直。VOS引脚电路周围的相应补偿，目的是确保稳定性。
之后，比较器向控制电路输出一个信号，告诉它是否向栅极驱动器输出一个开关脉冲，以控制高侧MOSFET。比较器与计时器电路协同工作，同时提供最迅速的负载瞬态响应和经过调节的开关频率。
根据VOUT与VIN的比率，计时器设置一个能够扩展比较器“导通”时间控制的最小“导通”时间。器件产品说明书通常会使用一个方程式说明计时器设置的最小“导通”时间，例如：
在这个基共模电感于一体电感TPS62130的举例中，目标开关时间为400ns;因此，开关频率为其倒数，即2.5MHz。由于VOUT/VIN因素，调节后开关频率维持在输入和输出电压范围，其根据某个降压转换器的理想占空比调节最小“导通”时间。因此，“导通”时间方程式还可写为
，其准确定义了所有降压转换器的“导通”时间。低侧MOSFET控制较为简单。在高侧MOSFET关闭以后，低侧MOSFET开启，并有效地使电感电流斜降。当电感电流衰减至零，或者比较器让高侧MOSFET再次开启时，低侧MOSFET关闭。施加相应的死时间，以避免MOSFET出现击穿电流。
节能模式
DCS-Control拓扑的一个关键组成部分是其节能模式。一般而言，大多数节能模式均在低负载电流时启用，其通过跳过开关脉冲和降低器件的电流消耗(静态电流)来提高转换效率。跳过开关脉冲让器件工作在非连续导电模式(DCM)下，消除负电感电流(从输出端流向输入端)，如若不然，它会出现在轻负载条件下。这类电流只会破坏前面开关周期的工作，并带来更多的损耗，从而降低效率。降低静态电流可以提高超轻负载下的效率，《参考文献2》中对此有详细的说明。
DCS-Control拓扑的节能模式非常简单。它的实现电路与前面所述一样：从节能模式转换至PWM模式期间，在两个不同控制模式之间没有开关操作。其它一些控制拓扑会在一种节能模式控制方法和另一种PWM模式方法之间进行开关切换。这样做，在转换期间可能会出现电子脉冲干扰和随机噪声。本文后面的“无缝转换”将详细说明这种现象。
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