电流模式控制降压变换器在LTspice中的实现

在本文中，我们使用LTspice来讨论电流模式控制（CMC）降压调节器中电压误差放大器和PWM发生器的操作。

在前一篇文章中，我介绍了一种LTspice降压转换器，它使用电流模式控制（CMC）从10V输入产生5V调节输出。我已经复制了图1中的示意图。

CMC降压转换器的LTspice示意图。

图1。峰值CMC降压转换器的LTspice示意图。

该架构由四个子系统组成：功率级、电流感测电路、误差放大器和PWM发生器。我们在第一篇文章中介绍了功率级和电流感测电路；在本文中，我们将重点介绍误差放大器和PWM发生器。

电压误差放大器

电流模式控制要求我们对电感器电流进行采样，并将该信息纳入调节方案。然而，我们仍然需要知道输出中发生了什么。误差放大器（图2）将VOUT“误差”——实际VOUT和期望VOUT之间的差——转换为可以驱动有效闭环控制动作的信号。

具有电流模式控制的LTspice降压转换器的误差放大器部分。

图2:图1中的电压误差放大器部分示意图。

电压反馈从电阻分压器开始，该分压器由RFB1和RFB2组成。该组件的方程式为：

等式1。

插入原理图中的电阻值后，这变成：

等式2。

电阻器值被选择为使得VFB大约是VOUT的24%。因此，一个完美的5.0 V输出将产生1.2 V的VFB，这就是为什么参考电压（VREF）被设置为1.215 V。它不完全等于VFB，但我认为差值足够小，可以忽略。

对于非常低频的信号，该支路作为开环放大器工作。我们之所以知道这一点，是因为两条反馈路径都有电容器，随着我们接近直流电，这些电容器看起来越来越像开路。

对于导致VOUT漂移远离VREF的缓慢输出变化，放大器是反相比较器。从图3的左侧开始，当VOUT小于约5.0 V（且VFB<1.215）时，控制信号（VCONTROL）为高电平。在大约5ms时，VOUT超过5.0V（且VFB>1.215），并且VCONTROL切换到低。

请注意，图3中的信号标签遵循完整示意图中的标签：VOUT是调节器的输出，而不是放大器的输出。根据CMC图中常用的术语，放大器输出标记为VCONTROL。

正在讨论的CMC降压转换器在低频下的模拟调节器和放大器行为。

图3。调节器和放大器在低频下的行为。

在高频下，误差放大器看起来更像反相运算放大器配置，增益为RCOMP/RFB2（约2.7V/V）。补偿组件（RCOMP和CCOMP）根据所需的环路动态特性修改运算放大器的传递函数。

CHF产生一个极点，有助于抑制非常高频的噪声，这在快速开关晶体管附近一直是一个问题。如果您有兴趣了解更多有关CMC环路动力学的信息，我推荐TI应用说明：“理解和应用当前模式控制理论。”

用于开关控制的PWM生成

电流模式控制器的基本目的是以产生和保持所需输出电压的方式导通和关断功率级晶体管。这项任务由图4中的子电路完成，该电路由一个比较器和一个SR锁存器组成。

在正常电路操作期间，CMPR信号经由PWMR信号连接到SR锁存器的R输入。PWMR信号的用途将在未来的文章中介绍。

CMC降压转换器的LTspice示意图中显示比较器和SR锁存器的部分。

图4。CMC降压转换器的比较器和SR锁存器。

IND_RAMP信号是表示通过电感器的电流的电压，CONTROL是电压误差放大器的输出。A1组件“diffschmtbuf”是LTspice的具有差分输入的施密特触发缓冲器的行为模型。我们可以定义diffschmtbuf参数如下：

vhigh=15：将逻辑高电压（vhigh）设置为15V，使其与锁存器使用的逻辑电平保持一致。

vt＝0：将阈值电压（vt）设置为从负输入偏移0V。这导致IND_RAMP高于或低于CONTROL时输出切换。

vh=10m：施加10mV的滞后。

我们将vt设置为0V，以便一旦正输入高于或低于负输入，输出就会转变（滞后10mV时有轻微延迟）。

当IND_RAMP电平超过CONTROL电平时，将发生以下事件序列：

比较器输出变为逻辑高电平。

先前由调节器振荡器设置的SR锁存器复位。

变化的设置/复位动作表现为PWM开关控制信号中的变化的占空比。

如果这个支路中信号相互作用的细节对你来说还有点模糊，不要担心。在下一篇文章中，我们将使用模拟图来更详细地检查它们。

坡度补偿

在我们结束之前，我想简要讨论一下斜率补偿，它没有出现在我的LTspice实现中，但出现在我所基于的CMC降压转换器示意图中。对于我的目的来说，斜率补偿似乎是一个不必要的复杂问题——然而，峰值CMC通常会从中受益。

当占空比高于50%时，峰值CMC易受一种称为次谐波振荡的不稳定性的影响。斜率补偿通过使用斜坡波形来修改进入比较器的两个信号之间的关系来减轻这种影响。对于那些想了解更多信息的人来说，本主题的申请说明包含了丰富的信息。

总结

我希望这篇文章和上一篇文章一起，能让您大致了解峰值CMC降压转换器的不同部分是如何协同工作的。下一次，我们将使用模拟电压波形来更彻底地检查LTspice电路的电气行为。