- 简要介绍这些不同类型的降压转换器的特征
- 展示每种类型最适合的应用要求
降压电源转换器自 20 世纪 60 年代开始应用于电子元件，自那以后，人们开发出了众多基于降压电源转换原理的型号。 特别是 IC 制造商开发了许多不同类型的控制电路，可以满足各种不同的静态和动态响应要求。
此高密谋意味着，对于需要指定电源 IC 但又非电源专家的设计工程师来说，这是件令人头痛的事，因为他需要评估数千件具有不同特征的部件，从而找出最适合其应用的部件。
本文旨在简要介绍这些不同类型的降压转换器的特征，并展示每种类型最适合的应用要求，从而简化这一过程。
简介
在降压转换器中，电源阶段包括开关（通常为 MOSFET）、续流二极管或第二个 MOSFET、电感器和输出电容器，如图 1 所示。 其工作原理非常简单。 在时间 0 处，Q1打开，并且电流在电感器中增大，其中斜率取决于 Vin 和Vout 的值。 在导通时间结束时，MOSFET 关闭，电流继续流过二极管，并且以与 -Vout 成正例的斜率减小（参见图2）。在经过充足的循环次数后，达到稳定状态，此时输出电压(Vout) 理论上的表达式为：
占空比是指开关导通时间（活动时间）与变换频率的整个期间 T 之间的比率。 然而，上述等式仅在设备不产生损耗的理想情况下才成立。 真实情况比较复杂，实际性能不仅受损耗的影响，而且还受温度和时间变化的影响。
因此，在基本电源拓扑结构的顶部，降压转换器需要一个可管理占空比的控制系统，才能获得静态和动态性能属性，例如输出电压准确度、瞬态响应和稳定性。有三种控制降压转换器的基本方法：电压模式、电流模式和滞环模式。 每个控制流程的简要说明。
电压模式转换器控制
电压模式控制是一种最易理解同时也是应用最广泛的控制方案。 在电压模式控制中，输出电压受到感应，并且其中的一小部分与参考值一起馈输送至运算放大器；放大器（称为错误放大器）的输出与实际输出电压和所需输出电压之间的差值相关联。 然后，过滤的错误在整个固定频率锯齿形斜坡上比较，从而设定控制器的频率。 时钟信号启动循环，并且 MOSFET 打开。当斜坡信号开始大于错误信号时，插销会重置，并且 MOSFET 关闭。 错误越大，比较器输出打开的时间越长。
考虑采用电压模式控制降压转换器的设计工程师看重此类设备能够使用各种占空比，并且对噪音不太敏感。另一方面，由于控制器仅能了解对输出电压的瞬态影响 -不能感应瞬态电流自身，因此瞬态响应不太理想。 事实上，通常会实施输入电压前馈，从而对线路电压变化进行校正。
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电压模式控制的最新产品示例包括美国国家半导体制造的LM2267x Simple Switcher® 系列以及 Micrel 制造的 MIC472x和 MIC468x 系列。 这些部件包括内部补偿，因此可在各种应用中方便地使用它们。
电流模式控制
之所以采用“电流模式控制”这一名称，是因为转换器输出由所选的开关峰值电流控制。时钟信号触发导通时间和电感器电流升高；测量开关电流（在导通期间等于电感器电流）并与参考值比较；最终，开关电流达到参考值的水平，此时开关关闭，关闭的时间为变换期间的剩余时间。这意味着，占空比不受直接控制，而是取决于控制输入和其他转换器变量。
控制输入通常由第二个反馈环路（用于控制转换器输出）设定；输出电压受到感应，并且与在电压模式控制中一样，具有补偿网络的错误放大器生成输入控制信号。此控制设计的效果是系统得到简化，通常会形成更广、更强大的控制带宽。 结果，它使用的补偿网络比电压模式控制方案中要求的补偿网络更加简单。电流模式转换器的一个缺点是它们对感应电流信号中的噪音比较敏感：在低占空比的情况下操作时，容易受打开时产生的反向峰值二极管电流的干扰。
滞环模式
采用滞环控制模式的转换器将输出电压保持在以参考电压为中心的滞环范围内。在基本滞环控制器中，输出电压受到感应，并且其中的一小部分馈送给滞环比较器：当感应电压进一步降至参考值以下且大于滞环值时，设定比较器并且开关开启。
一旦输出电压高于目标电压和磁滞之和，重置比较器并关闭开关。这是最简单的控制模式：它不需要反馈补偿，因此可提供最快的瞬态响应，并且所需的组件数量较少。 缺点是转换频率变化不定（取决于负载和电压源条件）；在某些应用中，输出电压纹波的固有级别是不可接受的，例如，尽管Micrel 在其 HyperLight Load 设备中实施了非常快速的管制环路，以便最小化输出电压纹波，但仍有可能达不到要求。
衍生产品和实际实施
每种基本控制模式都有自身的优点和缺点，以及自身的操作方式。 为了尽可能消除缺点或为了提供某些特定应用所需的额外益处，转换器制造商已开发出了这三种基本控制器类型的衍生型号。例如，某些应用要求变换频率设定在相当窄的范围内以避免某些敏感频率；这通常会排除滞环模式控制器的使用，因为它的变换频率变化不定。 但有一种解决方案：恒定导通时间 (COT) 转换器。
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在这种控制器中，导通时间与输入电压成反比，但对于给定的输入电压，不论负载电流如何，它都是固定的。 这样，变换频率可在输入电压范围内保持相对稳定。
美国国家半导体推出了 COT 控制器的增强版本：仿真纹波模式 (ERM) 控制器。 这些设备采用特殊设计，不用再像普通 COT 控制器那样依赖输出电容器阻抗来实现稳定性。 ERM 调压设备的示例包括美国国家半导体推出的LM315x 系列和 LM3100。
此外，还尝试克服电流模式控制方案的局限性。 如上所述，电流模式控制的缺点是对电流测量电路中的噪声太敏感：这会妨碍低占空比应用。 为克服这一问题，美国国家半导体已开发出了仿真电流模式 (ECM) 控制。 这一控制方案基于峰值电流控制模式，但电流斜坡是模拟的，而不是测量的。
ECM 控制器的主要应用是从高输入电压转换到低输出电压，同时在窄占空比的情况下操作。 ECM 调压装置的示例包括 LM557x 系列。
识别正确的转换器类型
从上面可以看出，尽管每种控制器类型都具有特定的优势，但对于某些应用要求，需要混合使用多种类型的控制器才能合理地解决。 图 3 提供了旨在简化一个或多个转换器类型选择过程的决策树。 表 1 还显示了目前市场上用于实施各种控制方案的主要产品。应该说，尽管衍生类型并不需要特别适用于某一应用场合：专家设计人员可能依赖基本控制设备提供的选择自由度来实现特定所需的性能，这可能是其中一种衍生产品无法实现的。
