摘要

本文基于此前發(fā)布的《開關(guān)電源架構(gòu)及控制》一文，主要圍繞非隔離型電感開關(guān)電源穩(wěn)定控制的關(guān)鍵要素——小信號(hào)環(huán)路，展開詳細(xì)討論。文章梳理了模擬環(huán)路控制從滯環(huán)振蕩控制到微脈沖群δ-Σ控制的技術(shù)演進(jìn)路徑，并闡釋了各項(xiàng)控制的內(nèi)在機(jī)理與實(shí)現(xiàn)方式，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員與技術(shù)工程師提供相應(yīng)的信息參考。

1 小信號(hào)環(huán)路（開關(guān)電源控制環(huán)路）

開關(guān)電源通常由電力電子器件（如功率開關(guān)管和續(xù)流二極管）、驅(qū)動(dòng)電路、PWM調(diào)制器以及補(bǔ)償放大單元等部分構(gòu)成，如圖1所示。電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)性能在很大程度上取決于反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而小信號(hào)分析正是工程人員設(shè)計(jì)和優(yōu)化反饋控制環(huán)節(jié)的重要工具。盡管開關(guān)電源中包含如MOSFET和二極管等非線性器件，整體屬于非線性系統(tǒng)，但當(dāng)其運(yùn)行于某一穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，電路對小信號(hào)擾動(dòng)的響應(yīng)會(huì)呈現(xiàn)出近似線性系統(tǒng)的特性。因此，在研究該穩(wěn)態(tài)點(diǎn)附近的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)，可將其近似作為線性系統(tǒng)處理。

小信號(hào)環(huán)路即指狀態(tài)變量圍繞穩(wěn)態(tài)值波動(dòng)時(shí)，通過局部線性化得到的環(huán)路模型。小信號(hào)環(huán)路是一種線性化等效，適用于穩(wěn)定性分析*1 ，通過對小信號(hào)模型的分析，可以不斷優(yōu)化和改進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和抗干擾能力。圖 2 所示為從實(shí)現(xiàn)方法和行為過程兩個(gè)維度對小信號(hào)環(huán)路的分類。這里限定討論電源的小信號(hào)環(huán)路。

本文將按照從滯環(huán)振蕩控制到微脈沖群 δ-Σ 控制的演進(jìn)路線對上圖中模擬環(huán)路下的控制行為進(jìn)行闡釋。

在電源控制技術(shù)的演進(jìn)歷程中，開關(guān)電源控制策略的發(fā)展以提升能效、優(yōu)化動(dòng)態(tài)響應(yīng)和增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性為核心目標(biāo)，其路徑呈現(xiàn)了清晰的階段性與技術(shù)耦合性*2。滯環(huán)振蕩控制通過閾值比較直接驅(qū)動(dòng)開關(guān)管通斷，憑借無需補(bǔ)償環(huán)路的極簡架構(gòu)成為基礎(chǔ)方案，但其動(dòng)態(tài)性能的局限性促使技術(shù)向精細(xì)化方向突破。隨后脈沖頻率調(diào)制PFM與脈寬調(diào)制PWM分化發(fā)展：PFM通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率降低輕載損耗，而PWM以固定頻率調(diào)節(jié)占空比提升穩(wěn)態(tài)精度；進(jìn)一步地，PWM演化出電流模式控制分支，包括通過逐周期電感峰值電流檢測實(shí)現(xiàn)快速限流的峰值電流模式，以及引入電源平均值前饋補(bǔ)償以優(yōu)化抗擾能力的平均電流模式。針對PWM輕載開關(guān)損耗高的瓶頸，跳脈沖脈沖調(diào)頻PS-PFM通過將固定頻率開關(guān)切換為按需觸發(fā)的能量脈沖策略，在維持輕載高效率的同時(shí)顯著降低無效開關(guān)損耗。技術(shù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在滯環(huán)振蕩的進(jìn)階應(yīng)用——恒定導(dǎo)通時(shí)間控制COT，其通過固定導(dǎo)通時(shí)間與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)關(guān)斷時(shí)間的變頻邏輯，融合了滯環(huán)的快速響應(yīng)與PWM的穩(wěn)定性優(yōu)勢，其衍生技術(shù)有D-CAP、QPWM*3等等。與此 COT 對應(yīng)的是恒定關(guān)斷時(shí)間控制，通過固定關(guān)斷時(shí)間并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間實(shí)現(xiàn)變頻控制。最后，微脈沖群δ-Σ控制通過高精度時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換和δ-Σ調(diào)制算法，將離散開關(guān)脈沖動(dòng)態(tài)編碼為具有連續(xù)能量傳輸特性的可控信號(hào)，可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)脈沖群密度，實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)時(shí)間分辨率的功率精確調(diào)控。這一演進(jìn)鏈條不僅體現(xiàn)了對能效、損耗與魯棒性的極致追求，更映射了電源控制技術(shù)從分立模塊到集成化系統(tǒng)、從經(jīng)驗(yàn)調(diào)諧到算法驅(qū)動(dòng)的變革。

2 滯環(huán)振蕩

滯環(huán)振蕩控制是通過設(shè)定輸出電壓的上下閾值，直接控制開關(guān)管的通斷。當(dāng)輸出電壓低于下限閾值（VREF-1/2VH）時(shí)導(dǎo)通開關(guān)管，向負(fù)載供電；當(dāng)輸出電壓高于上限閾值（VREF+1/2VH）時(shí)關(guān)斷開關(guān)管，停止供電；輸出電壓在上下閾值之間震蕩，形成穩(wěn)定的滯環(huán)窗口 。

滯環(huán)控制沒有固定頻率，高輸入電壓時(shí)，電感充電快，開關(guān)頻率升高；低輸入電壓或重負(fù)載時(shí)，能量補(bǔ)充慢，開關(guān)頻率降低。其頻率狀態(tài)是不穩(wěn)定的，但通過強(qiáng)制電壓波動(dòng)始終被限制在滯環(huán)窗口內(nèi)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。

3 脈沖頻率調(diào)制（PFM）

PFM 按參數(shù)約束條件可分為不固定與固定兩類。不固定 PFM 完全動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)頻率、脈寬及峰值電流，其本質(zhì)是滯環(huán)控制的表現(xiàn)形式；固定PFM通過約束關(guān)鍵參數(shù)脈寬或峰值電流簡化控制邏輯，其中固定脈寬PFM通過維持TON優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)，而固定峰值電流PFM則以IPEAK為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)內(nèi)置保護(hù)。PFM還可以與其他控制方式配合優(yōu)化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)或降低開關(guān)損耗提升輕載效率，即當(dāng)電源突加重載而主控制環(huán)路來不及響應(yīng)時(shí)，可提前注入高頻脈沖序列或者增加峰值電流來提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；當(dāng)電源處于輕載狀態(tài)，在進(jìn)入DCM狀態(tài)之前，可通過降低開關(guān)頻率來提升系統(tǒng)效率。

下文以固定脈寬PFM為例介紹其控制環(huán)路。固定脈寬PFM通過保持脈沖寬度恒定而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定。如圖5所示，頻率調(diào)制器根據(jù)誤差放大器的輸出信號(hào)調(diào)整脈沖信號(hào)的頻率，當(dāng)負(fù)載電流突增導(dǎo)致輸出電壓VOUT下降時(shí)，反饋電壓VFB減小，誤差放大器輸出增高，驅(qū)動(dòng)頻率調(diào)制器提高開關(guān)頻率以增加電感充電次數(shù)；反之，負(fù)載電流降低時(shí)則減小開關(guān)頻率以減少電感充電次數(shù)，從而維持輸出電壓穩(wěn)定。

4 脈沖寬度調(diào)制（PWM）

PWM控制*4以固定開關(guān)頻率為前提，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)占空比來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。如圖6所示，PWM控制架構(gòu)通過兩個(gè)分壓電阻采樣輸出電壓并與基準(zhǔn)源VREF比較，當(dāng)負(fù)載突增時(shí)，輸出電壓下降，反饋電壓VFB減小，誤差放大器輸出VC增高，PWM占空比增大，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間延長，更多的能量傳輸至輸出，VOUT回升至設(shè)定值；當(dāng)輸入電壓波動(dòng)（如升高）或負(fù)載突降時(shí)，輸出電壓上升，反饋電壓VFB增大，誤差放大器輸出VC下降，PWM占空比減小，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間縮短，能量輸入減少，進(jìn)而VOUT維持穩(wěn)定。

5 電流模式脈寬控制

電流模式PWM 實(shí)際上是引入電流前饋的電壓反饋控制系統(tǒng)，通過電壓閉環(huán)負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓，以便獲得良好的負(fù)載調(diào)整率；在電壓環(huán)內(nèi)，通過電感電流前饋影響開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間（即環(huán)內(nèi)前饋），以便提升系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。電流型控制器包括了峰值電流控制和平均電流控制。

5.1 峰值電流控制

對比于電壓模式PWM，峰值電流模式*5用電流信號(hào)替代了PWM中的RAMP信號(hào)，其電壓環(huán)為實(shí)控環(huán)，電流控制為前饋環(huán)。如圖7中電路所示，反饋電壓VFB與基準(zhǔn)源VREF比較后輸出的誤差量VC決定電流峰值的限值，與代表電感電流峰值的VΣ進(jìn)行比較（VΣ信號(hào)是在電感電流采樣信號(hào)VS中注入斜坡補(bǔ)償?shù)玫降模?當(dāng)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，RS觸發(fā)器置1，上管Q1導(dǎo)通，VΣ隨電感電流增大，與VC相交時(shí)，RS觸發(fā)器置0，上管Q1關(guān)斷，VΣ隨電感電流減小，當(dāng)下一個(gè)開關(guān)周期開始的時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，如此反復(fù)。

峰值電流模式控制的特點(diǎn)是輸入電壓或負(fù)載變化均可在電感電流上反映出來，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，自動(dòng)帶有輸入電壓的前饋補(bǔ)償功能，電壓調(diào)節(jié)性能好。但在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下，當(dāng)占空比超過50%時(shí)，電路會(huì)出現(xiàn)次諧波振蕩問題，需要通過添加斜坡補(bǔ)償來消除。不過，斜坡補(bǔ)償會(huì)導(dǎo)致芯片的限流閾值隨占空比增大而降低，使得電源的輸出電流能力下降。此外，某些電路拓?fù)渲?，電感電流的峰值與平均電流并不完全對應(yīng)，可能導(dǎo)致電流控制不夠精確。因此誕生了平均電流模式。

5.1.1 峰值電流限制

峰值電流限制主要作用是：實(shí)時(shí)監(jiān)測上管電流，當(dāng)負(fù)載短路或控制失效導(dǎo)致電流超閾值時(shí)，立即終止當(dāng)前導(dǎo)通周期，強(qiáng)制電流回落，避免功率器件因過流、過熱擊穿。

圖8展示了峰值電流限制的波形示意。T1期間轉(zhuǎn)換器以恒定負(fù)載電流穩(wěn)定工作；T2期間當(dāng)出現(xiàn)調(diào)壓或者負(fù)載陡增時(shí)，轉(zhuǎn)換器為保證穩(wěn)定輸出會(huì)提升輸出電流，為了防止開關(guān)器件損壞設(shè)置限流值IP-lim，達(dá)到電流限值IP-lim后，導(dǎo)通時(shí)間被強(qiáng)制結(jié)束，電流下降至限值以下，下一周期重復(fù)此過程，直至T3期間轉(zhuǎn)換器再次以恒定負(fù)載電流穩(wěn)定工作。

5.1.2 谷值電流限制

谷值電流限制在開關(guān)電源中具有雙重關(guān)鍵作用：

一是保護(hù)功能，主要針對高輸入電壓/低輸出電壓的情況，電感電流下降斜率顯著減小。若開關(guān)管在電流未充分回落至安全水平前即再次導(dǎo)通（因?yàn)殡娏鞑蓸有枰獣r(shí)間），可能導(dǎo)致電流逐周期累積，峰值電流限制無法有效保護(hù)，最終引發(fā)開關(guān)管或電感過流損壞。谷值電流限制通過強(qiáng)制設(shè)定一個(gè)最低允許的谷值電流閾值（即關(guān)斷結(jié)束、再次導(dǎo)通前電感電流必須達(dá)到此值），確保電流在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)都能有效復(fù)位，從而防止電流失控，這是一種安全保護(hù)機(jī)制。

另一個(gè)是Boost拓?fù)渲械恼{(diào)節(jié)應(yīng)用。在Boost變換器中，不用峰值電流限制，因?yàn)?a href="http://cshb120.cn/v/tag/873/" target="_blank">高壓差情況下電感電流的持續(xù)增長特性易導(dǎo)致峰值限制頻繁誤觸發(fā)，引發(fā)系統(tǒng)失穩(wěn)；取而代之的是采用谷值電流限制，通過動(dòng)態(tài)設(shè)定電感電流的最小谷值閾值，確保每個(gè)周期關(guān)斷時(shí)間（TOFF）內(nèi)，電流可回落至安全基準(zhǔn)（VOUT過低，降低最小谷值閾值，延長TON時(shí)間，增加充電；VOUT過高，抬高最小谷值閾值，縮短TON時(shí)間，減少充電）。當(dāng)檢測到電流無法回落至最小谷值閾值（即逼近100%占空比）時(shí)，可插入最小關(guān)斷時(shí)間（TOFF_min），打破電感持續(xù)充電無泄放的死循環(huán)，避免輸出電壓崩潰與低頻振蕩。

5.2 平均電流控制

轉(zhuǎn)換器本身是一個(gè)LRC網(wǎng)絡(luò)，負(fù)載電阻的變化會(huì)直接影響網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性，進(jìn)而影響電壓反饋環(huán)路的穩(wěn)定性。由于負(fù)載電阻與電感平均電流存在對應(yīng)關(guān)系，可通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電感平均電流來間接獲取負(fù)載阻抗信息。當(dāng)負(fù)載電阻較大（如開路）時(shí)，LRC 網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)遲緩，容易導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)；而負(fù)載電阻較小時(shí)，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)過快又可能引發(fā)振蕩。為此，將平均電流信號(hào)引入控制環(huán)路作為前饋參數(shù)，能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整補(bǔ)償器，使反饋環(huán)路的頻率響應(yīng)始終與LRC主網(wǎng)絡(luò)匹配。這種基于電流檢測的自適應(yīng)補(bǔ)償策略，有效解決了變負(fù)載條件下系統(tǒng)穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的優(yōu)化問題。

圖9為電流平均模式Buck電路和波形示意 ^[3]^ ，其在前饋環(huán)中引入了電流平均值。該控制架構(gòu)中，輸出電壓誤差量VC與電感電流采樣信號(hào)VS經(jīng)過電流誤差放大器進(jìn)行積分放大，得到誤差信號(hào)VCA。VCA與鋸齒波比較，生成PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)管。當(dāng)負(fù)載加重時(shí)，輸出電壓VFB減小，誤差信號(hào)VC增大，進(jìn)而使VCA增大。如圖9右側(cè)波形示意所示，VCA與鋸齒波進(jìn)行比較，VCA增大（VCA’）導(dǎo)致PWM占空比增大，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間變長，電感電流和輸出電壓因此上升，最終使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。

6 跳脈沖脈沖調(diào)頻（PS-PFM）

PS-PFM 包含兩個(gè)概念，Pulse-Skip和Power Saving。兩項(xiàng)技術(shù)的差異在于：Pulse-Skip在保持內(nèi)部時(shí)鐘頻率不變的前提下，僅選擇性地跳過某些開關(guān)脈沖以減少輕載損耗，并能維持相位同步*6 ；而Power Saving 模式僅為一種省電策略，無法保證相位同步性。與 Pulse-Skip 對應(yīng)的還有一種錯(cuò)脈沖（即錯(cuò)開脈沖）控制，其通過動(dòng)態(tài)插入或跳過脈沖實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)：輕載時(shí)跳過脈沖以減少開關(guān)損耗；重載時(shí)則插入脈沖滿足電流需求。為維持開關(guān)頻率恒定，插入脈沖后則需要考慮下次是否開啟脈沖。這種脈沖增減補(bǔ)償機(jī)制既解決了重載響應(yīng)問題，又避免了頻率漂移，從而與 Pulse-Skip 的單純跳脈沖形成互補(bǔ)。

圖10是以Pulse-Skip 為例的 PS-PFM 控制 Buck 電路及波形示意（藍(lán)色虛線脈沖表示跳脈沖）。該控制模式保持恒定脈沖寬度（TON固定），僅動(dòng)態(tài)調(diào)整脈沖間隔（TOFF），并且僅在輸出電壓跌落至閾值時(shí)觸發(fā)一次脈沖，否則保持休眠。

7 導(dǎo)通時(shí)間推定（COT）

導(dǎo)通時(shí)間推定，看起來像固定脈寬PFM（參見第3節(jié)），但核心差異在于COT的脈寬（導(dǎo)通時(shí)間）是基于輸入/輸出壓差推定出來的，而非固定不變。固定脈寬PFM的缺陷是輸入/輸出電壓變化時(shí)頻率會(huì)大幅漂移；而COT通過動(dòng)態(tài)推定導(dǎo)通時(shí)間，將開關(guān)頻率約束在可控范圍內(nèi)（但無法保持相位同步）。COT動(dòng)態(tài)響應(yīng)優(yōu)勢顯著：突然加重載時(shí)連續(xù)插入脈沖快速拉升電流，負(fù)載平衡后恢復(fù)穩(wěn)態(tài)頻率；突然減輕載時(shí)暫停脈沖輸出直至電壓回落（可能伴隨延遲）。COT控制在穩(wěn)態(tài)下因頻率波動(dòng)受控則呈現(xiàn)出固定頻率的特性，并且其環(huán)路天然穩(wěn)定、響應(yīng)速度極快?；诤愣▽?dǎo)通時(shí)間（COT）控制原理，衍生出多種適用于不同場景的方案，比如：基于紋波電流控制的架構(gòu)（如TI的 D-CAP2、D-CAP3、DCS），以及結(jié)合電感谷值電流的控制。

7.1 紋波COT控制

圖11 展示了基于紋波電流的COT控制原理。當(dāng)反饋電壓VFB低于基準(zhǔn)VREF時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，RS觸發(fā)器置位，驅(qū)動(dòng)上管Q1導(dǎo)通，電感電流隨之上升；直至恒定導(dǎo)通時(shí)間計(jì)時(shí)器溢出，觸發(fā)器復(fù)位，Q1關(guān)斷，電感電流下降。通過該循環(huán)機(jī)制實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)。

該方案結(jié)構(gòu)簡潔，兼具滯環(huán)控制的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)與近似固定的開關(guān)頻率。然而，其控制依賴于反映電感電流信息的輸出電壓紋波。因此通常需使用具備一定ESR的輸出電容，或需要額外注入人工紋波（Ripple Injection）。這也導(dǎo)致其在采用低ESR的陶瓷電容時(shí)電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度增加。此外，由于缺乏誤差放大器提供直流穩(wěn)態(tài)誤差補(bǔ)償，輸出電壓精度受限。

7.2 V2-COT 控制*7

為改善紋波電流控制COT架構(gòu)的輸出電壓精度問題，圖12展示了一種改進(jìn)型V2-COT控制結(jié)構(gòu)。該架構(gòu)采用雙路反饋：一路將輸出電壓直接接入比較器，構(gòu)成快速前饋通道，可迅速響應(yīng)電壓變化，提升瞬態(tài)性能；另一路引入帶補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的誤差放大器，用于校正輸出紋波引起的直流偏差，從而提高穩(wěn)態(tài)精度。

7.3 谷值電流COT控制

基于谷值電流的COT控制也是一種廣泛應(yīng)用的控制策略。該方案首先將輸出電壓反饋VFB與基準(zhǔn)電壓VREF進(jìn)行比較，生成誤差信號(hào)VC，再將VC與電感電流采樣信號(hào)VS的谷值進(jìn)行比較。當(dāng)VS的谷值低于VC時(shí)，RS觸發(fā)器置位，驅(qū)動(dòng)上管Q1導(dǎo)通，電感電流上升；在恒定導(dǎo)通時(shí)間結(jié)束后，Q1關(guān)斷，電感電流下降，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)壓。

由于直接采樣電感電流，該控制架構(gòu)在保留COT控制的優(yōu)點(diǎn)時(shí)天然適用于多相并聯(lián)或均流應(yīng)用場景。各相單元可共享同一誤差信號(hào)VC，從而實(shí)現(xiàn)電流的自均衡分配，顯著提升系統(tǒng)的輸出擴(kuò)展性、熱分布性能及整體可靠性，尤其適用于大電流、多相電源場景。

8 斷開時(shí)間推定（COToff）

斷開時(shí)間推定COToff 亦稱CFT。CFT又具有雙重含義，即Constant Off Time（恒定關(guān)斷時(shí)間*8 ，與COT對應(yīng)）和Constant Frequency Timing（固定頻率定時(shí)）。

Constant Frequency Timing 是以維持固定開關(guān)頻率為目標(biāo)的改進(jìn)型PWM控制策略。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，CFT在運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間（TON）， 圖14所示為基于峰值電流控制的CFT架構(gòu)，該架構(gòu)與7.3節(jié)的谷值電流COT控制互為對偶。誤差信號(hào)VC與電感電流采樣信號(hào)VS的峰值相交時(shí)關(guān)斷Q1。類似峰值電流控制但不需要額外的斜坡補(bǔ)償，TOFF的時(shí)長由Off-time Timer模塊決定，同時(shí)確保開關(guān)頻率能與系統(tǒng)基礎(chǔ)頻率同步，并優(yōu)化負(fù)載與輸入的瞬態(tài)響應(yīng)性能。在應(yīng)對輸出電壓深度跌落時(shí)，一方面CFT可以延長導(dǎo)通時(shí)間以提升能量傳輸；另一方面通過插入額外的補(bǔ)償脈沖來維持目標(biāo)頻率，且仍能確保與基礎(chǔ)頻率同步。因此也是對固定頻率的Pulse skip-PFM的改進(jìn)。

采用Constant Off Time 的主要原因在于提升穩(wěn)態(tài)頻率的精度與可控性。在輸入電壓較高而輸出電壓較低的應(yīng)用場景（即占空比較?。┫?，傳統(tǒng)COT控制的關(guān)斷時(shí)間（TOFF）在開關(guān)周期中占據(jù)主導(dǎo)地位。此時(shí)，對導(dǎo)通時(shí)間（TON）的微小推定誤差會(huì)導(dǎo)致開關(guān)頻率出現(xiàn)顯著偏差（因?yàn)橹芷跁r(shí)長主要取決于TOFF）。固定關(guān)斷時(shí)間直接控制了周期中的主要分量，從而顯著改善了頻率預(yù)期的準(zhǔn)確性。此外，CFT中導(dǎo)通時(shí)間不受固定限制的特性，使其在應(yīng)對過載時(shí)能夠充分延長以提供所需的大電流。在極端過載或深度欠壓條件下，CFT可實(shí)現(xiàn)上管的持續(xù)導(dǎo)通（即接近或達(dá)到100%占空比），進(jìn)入連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）——這是其相對于傳統(tǒng)COT（每個(gè)周期必須包含關(guān)斷時(shí)間，難以持續(xù)導(dǎo)通）的關(guān)鍵改進(jìn)點(diǎn)。

9 微脈沖群δ-Σ控制

微脈沖群δ-Σ控制是針對高輸入/輸出壓差情況下對傳統(tǒng)控制策略敏感性過高問題的改進(jìn)方案。在高壓差場景中，導(dǎo)通時(shí)間（TON）因壓差增大而顯著縮短，導(dǎo)致常規(guī)PWM控制的環(huán)路增益難以優(yōu)化（TON的微小調(diào)節(jié)會(huì)引發(fā)輸出電壓的劇烈波動(dòng)）。有效的閉環(huán)調(diào)節(jié)需要依賴關(guān)斷時(shí)間（TOFF）內(nèi)的狀態(tài)變化量進(jìn)行反饋；當(dāng)高壓差導(dǎo)致TON過短、TOFF內(nèi)狀態(tài)變化不足以被可靠檢測時(shí)，傳統(tǒng)控制將失效。此時(shí)，微脈沖群機(jī)制被觸發(fā)，通過引入一組基于δ-Σ調(diào)制原理的高頻、低占空比脈沖序列（即微脈沖群），實(shí)現(xiàn)對能量的精細(xì)化遞送，從而顯著提升系統(tǒng)在極端降壓比條件下的穩(wěn)定性與抗擾性，是對COT架構(gòu)在高壓差應(yīng)用中的有效改進(jìn)。

微脈沖群δ-Σ控制電路及波形示意如圖15所示，其融合了高精度δ-Σ調(diào)制與高效脈沖群管理技術(shù)。微脈沖群δ-Σ控制利用δ-Σ調(diào)制器將輸出電壓誤差信號(hào)VC轉(zhuǎn)換為高分辨率的脈沖密度調(diào)制信號(hào)DOUT；然后通過一個(gè)專用的微脈沖群合成器根據(jù)信號(hào)DOUT，結(jié)合系統(tǒng)狀態(tài)（如負(fù)載電流、輸入電壓、效率優(yōu)化目標(biāo)、EMI要求等）， 動(dòng)態(tài)地生成非連續(xù)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，即“微脈沖群”。每個(gè)微脈沖群由一串脈寬極窄（納秒級(jí)）的脈沖組成，密集輸出于短暫的時(shí)間窗口內(nèi)，這些脈沖的密度或數(shù)量直接映射了脈沖密度調(diào)制信號(hào)DOUT在該時(shí)間窗口內(nèi)要求的平均占空比。在輸出一串微脈沖群后，合成器會(huì)強(qiáng)制進(jìn)入一段靜默期，在這段時(shí)間內(nèi)完全沒有開關(guān)動(dòng)作，功率管保持關(guān)斷。

動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方式：當(dāng)負(fù)載或誤差增大時(shí)，需要更高的平均功率輸出，合成器會(huì)增加微脈沖群的密度（即在Tburst_on內(nèi)塞入更多微脈沖）、縮短群間靜默期（Tburst_off）或延長群持續(xù)時(shí)間（Tburst_on）； 當(dāng)負(fù)載或誤差減小時(shí)，需要降低平均功率輸出或優(yōu)化效率和EMI，合成器會(huì)降低微脈沖群的密度、延長群間靜默期或縮短群持續(xù)時(shí)間。

注釋

*1小信號(hào)條件下穩(wěn)定是系統(tǒng)穩(wěn)定的先決條件。

*2一款產(chǎn)品不止使用一種控制方式，其可能是多種控制方案的疊加。例如圣邦微電子的SGM61020采用PWM(中等或重載)/ PS-PFM(輕載)兩種模式自動(dòng)切換、SGM61230采用峰值電流模式PWM+PS-PFM模式。

*3D-CAP 是TI的電路級(jí)COT解決方案，通過技術(shù)優(yōu)化提升實(shí)用性;QPWM是Intel主導(dǎo)的系統(tǒng)級(jí)COT規(guī)范，定義硬件響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。二者均以基礎(chǔ)COT為原理核心。

*4圣邦微電子的SGM64104、SGM64200采用固定頻率電壓模式PWM控制。

*5圣邦微電子的SGM6061、SGM61180采用峰值電流模式控制。

*6電源中保持相位同步，可以防止電流超限，避免出現(xiàn)拍頻(beating)現(xiàn)象。

*7圣邦微電子的SGM61012、SGM61022采用的AHP-COT架構(gòu)(圣邦專利)，通過內(nèi)部自適應(yīng)紋波注入技術(shù)，無需再依賴輸出電容ESR，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于傳統(tǒng)V2-COT架構(gòu)的優(yōu)良負(fù)載瞬態(tài)性能和輸出穩(wěn)壓精度。

*8圣邦微電子的SGM61061采用恒定關(guān)斷時(shí)間架構(gòu)。