DC-DC變換器AVP控制方法的分析

摘要：隨著電壓調整模塊（ＶＲＭ）輸入容量的越來越大和動態要求的越來越嚴格，適應降壓（AVP）控制在VRM中的應用被人們重新認識。本文對AVR控制策略的有源法和無源法進行了理論分析，并采用一種新式檢測方法實現AVP控制，并通過比較實驗證實了AVP控制方法的優越性。

    關鍵詞：電壓調整模塊 降壓控制 有源法 無源法

CPU和DSP對數據處理速度和容量的要求不斷提高，對電源模塊的供電要求也就相應地提高了，主要體現在電源的輸出電流大小及其變化率和輸出電壓峰－峰值上。采取的措施有多通道buck電路拓撲和良好的控制方法，如V2控制法和滯回控制法等，這樣可以改善電源的穩態和動態性能、提高電源效率。但是對于更低的輸出電壓、更大的電流動態變化率，不可避免地要采用更大容量、更低ＥＳＲ的電容以減少瞬態電壓峰－峰值。而大容量、低ＥＳＲ電容增加了模塊的成本，占用更大的空間，不利于提高功率密度。基于以上種種問題，采用ＡＶＰ方法（如圖１所示）使電源在滿載時電壓比所要求的最低電壓高，在空載或輕載時輸出電壓比所要求的最高電壓低，這樣不僅有利于電源模塊的熱設計，而且動態過程電壓工作在窗口電壓內，輸出電壓峰－峰值小、恢復時間短。但是文獻提出的方法較為復雜，使用專用的控制芯片導致開發成本增加，提出的方法在實際應用中電路效率較低。本文對ＡＶＰ控制方法進行深入分析，歸納總結出各種ＡＶＰ的實現方法，并提出了一種新穎高效的控制方法，用實驗證明ＡＶＰ方法的優越性。

１ ＡＶＰ控制有源法的分析

ＡＶＰ有源控制為雙環控制，其基本原理如圖２所示。通過檢測電感電流，根據降壓要求相應調節輸出電壓的基準。輸出電壓跟隨基準電壓而實現ＡＶＰ控制。圖３為ＡＶＰ有源控制的方塊圖，假設電流環增益為Ｔｉ，電壓環增益為Ｔｖ，則：

Ｔｉ＝Ａｖ×ＦＭ×Ｇｉｄ×Ａｉ   （１）

Ｔｖ＝Ａｖ×ＦＭ×Ｇｖｄ   （２）

由（２）／（１）可得：

ｗＥＳＲ＝1/(Rc×Co)，ｗＲ.０＝1/Ro×C0)

此處Ｒｃ為輸出電容Ｃｏ的等效電阻值，Ｒｏ為輸出負載。當ｗ＞＞ｗＥＳＲ且Ａｉ＝Ｒｃ時，則(3)式值為１。這說明了在此情況下電流環、電壓環有相同的截止頻率，而Ａｖ的設計對電流環、電壓環的比值沒有影響，其零極點的設計則依據電流環的設計方法進行。

其中，Ｌ為等效輸出電感，ｆｓ為開關頻率，ｗｚ用于補償功率雙極點，ｗｐ用于消除開關噪聲，ｗｉ保證電流環的截止頻率高于輸出電容引入的ＥＳＲ零點頻率。基于以上原則，設計固定輸出阻抗值為輸出電容的ＥＳＲ值。實現方法?眼２?演分別為檢測開關管導通電阻、續流管導通電阻或串聯阻值小的檢測電阻。前兩種方法受溫度的影響不宜采用，而串聯阻值小的檢測電阻有助于改善溫度變化引起的精度變化，但是在主電路中串聯電阻必然引起電源模塊效率的下降。

２ ＡＶＰ控制無源法的實現

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