ZHCA696E december 2020 – april 2023 INA240 , INA240-Q1 , INA241A , INA241B , INA253 , INA253-Q1 , INA254 , INA282 , INA282-Q1 , INA283 , INA283-Q1 , INA284 , INA284-Q1 , INA285 , INA285-Q1 , INA286 , INA286-Q1 , INA296A , INA296B , LMP8481 , LMP8481-Q1
應用簡報
大多數開關電源采用閉環反饋電路，以便在各種瞬態和負載條件下提供穩定的電源。反饋方法選項分為兩大類：電壓模式控制 (VMC) 和電流模式控制 (CMC)。這兩種方法各有優缺點，我們可以根據具體情況來確定適合終端設備應用的選項。
控制方法
電壓模式控制將經調節的輸出電壓值用作反饋信號。該方法可為控制路徑提供簡單直接的反饋架構。使用該方法有幾個缺點。最大的缺點是輸出電壓調節需要感應輸出電壓的變化并通過整個反饋信號和濾波器進行傳播，然后才能對輸出進行相應的補償。對于需要高水平調制的系統而言，這可能會產生慢得無法接受的響應。電源的反饋補償需要較高級別的分析，以解決輸出低通濾波器導致的兩個極點。此外，還必須對反饋補償值進行調節，因為不同的輸入電壓會影響總體環路增益。
電流模式控制可通過將電感器電流波形用于進行控制來解決電壓模式控制的上述不足。該信號包含在輸出電壓反饋環路中，作為輔助的快速響應控制環路。額外增加的反饋環路很有可能會增加電路/反饋的復雜性，因此需要將這些優點作為設計要求的一部分進行評估。
通過將電感器電流用作反饋控制的一部分：
- 與僅將輸出電壓用于反饋控制相比，增加的電流反饋環路以更快的速度響應。此外，利用電感器電流信息，可以將電路設計為提供逐脈沖限流功能，以允許針對限流需求進行快速檢測和控制。
- 電源看起來類似于電壓控制型電流源。這允許進行模塊化電源設計，以支持在并行配置中的多個電源之間進行負載共享。
- 可以將控制環路中的電感器影響降至最低，因為電流反饋環路能夠有效地降低對單極補償的要求。
盡管電流模式控制可應對 VMC 的某些缺點，但它也會帶來會影響電路性能的種種問題。增加電流反饋環路會增加控制/反饋電路和電路分析的復雜性。選擇電流模式控制時，其他需要考慮的因素還包括整個占空比范圍內的穩定性和對噪聲信號的敏感性。CMC 可以進一步劃分為多個不同類型的控制方案：峰值、谷值、仿真、滯環和平均 CMC。以下內容討論了電路設計中兩種常用的方法 — 峰值和平均電流模式控制。
峰值電流模式控制
峰值電流模式控制 (PCMC) 直接將電流波形用作 PWM 生成比較器中的斜坡波形，而不是像 VMC 那樣使用外部生成的鋸齒（或三角）信號。電感器電流或高側晶體管電流波形的上升斜坡部分用于在現有電壓控制環路之外提供快速響應控制環路。如圖 1所示，將電流信號與電壓誤差放大器的輸出進行比較，以便生成電源的 PWM 控制信號。
圖 1 PCMC 電路方框圖開關電源可在輸入和輸出電源軌之間實現高效率。為了維持轉換器的高效率，理想情況下用于測量電感器電流的檢測電阻應盡可能小，以降低測量導致的功率損耗。該小值電阻器可導致小振幅反饋信號。電感器電流波形直接用作比較器輸入信號，因此 PCMC 容易受噪聲和電壓瞬態的影響，這是眾所周知的。使用 INA240 等具有高共模抑制比 (CMRR) 的電流檢測放大器可提供與脈寬調制 (PWM) 信號和系統相關聯的瞬態抑制功能。憑借 INA240 的增益靈活性，可對電感器電流波形進行放大，從而獲得更大的信號以便進行比較，而無需額外的增益，也不必犧牲性能。此外，低偏移和低增益誤差可減少設計變化和溫度變化。為了利用 PCMC，電感器電流需要高共模電壓測量。INA240 的共模范圍可實現寬電源輸入和輸出電壓范圍。
請注意，PCMC 通常會添加斜坡補償以解決占空比大于 50% 時的穩定性問題。系統會先為電感器電流添加斜坡補償，然后才將其用作比較器的輸入信號。
圖 2 ACMC 電路方框圖平均電流模式控制
平均電流模式控制 (ACMC) 會先利用電感器電流波形和附加的增益和集成級，然后再將信號與外部提供的斜坡波形進行比較（與 VMC 相類似）。這可以提高抗噪性能并且無需斜坡補償。圖 2所示為降壓轉換器的 ACMC 運行方框圖。
通過使用 INA240 的高 CMRR 來額外降低瞬態，可通過 ACMC 將 PCMC 方法的噪聲敏感度提高到可接受的性能水平。INA240 的高共模范圍，不僅可進行電感器電流測量，而且還能在寬輸出電壓范圍內使用電流放大器。INA240 的高精度和低漂移規格可在整個溫度范圍和不同的組件上實現一致的測量。
INA240 可為測量精度提供必要的性能和特性，從而保持良好的控制信號完整性。INA240 在室溫下具有 25μV 的最大輸入失調電壓和 0.20% 的最大增益誤差規格。溫度穩定性對維持系統性能而言非常重要，INA240 可提供 250nV/°C 的輸入失調電壓漂移和 2.5ppm/°C 的放大器增益漂移。INA240 具有增強型 PWM 抑制功能，可在較大的共模瞬態和寬共模輸入范圍內提高性能，從而盡可能提高設計的電源輸出電壓范圍。