開關電源的電流模式控制
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控制模式猶如開關電源的大腦，決定了開關電源的工作方式和性能。了解開關電源的控制模式，有助于我們在實際應用中對開關電源進行控制設計與選型。
常見的控制模式有電壓模式、電流模式和恒定導通時間模式（COT），今天我們要帶大家了解——電流模式控制的原理及應用特點！首先，在介紹電流模式之前，我們先復習一下電壓模式。
以 Buck 電路為例，只有輸出電壓被采樣，經過分壓網絡后被送入電壓誤差放大器，與參考電壓 Vref 進行比較放大，得到電壓誤差量 VC，與鋸齒波比較后，產生 PWM 信號控制主開關管導通與關斷，當輸出電壓偏低，誤差 VC 增大，與鋸齒波比較后 PWM 占空比增大，從而傳送更多能量到輸出端抬升電壓。
電壓模式 Buck 電路系統存在 LC 二階極點與輸出電容 ESR 高頻零點，為了使其環路曲線滿足開關電源控制要求，根據零極點對消原理，誤差放大器需采用三極點兩零點的 Ⅲ 型補償網絡。
電壓模式的不足：
- 輸入電壓變化或負載變化時，控制延時大，輸出響應速度慢
Ⅲ 型補償設計復雜
針對電壓模式存在的不足，在電壓模式基礎上引入電流反饋，誕生了電流模式控制。
在不同的電路拓撲，電流反饋可采樣主電路電感、功率開關管或二極管的電流，而根據采用電流值的不同可分為峰值電流、平均電流、谷值電流等，進而得到不同的電流模式控制。
圖2
峰值電流模式與電壓模式控制的不同點在于，用電流紋波信號代替了鋸齒波，電壓環為外環，控制電流內環，形成雙環控制。工作原理：以 Buck 電路為例，電壓誤差量 Vc 作為電流峰值的限值，與代表電感電流峰值的 Vsigma 進行比較， Vsigma 信號是在電感電流采樣信號中注入斜坡補償得到的。時鐘脈沖到來時，RS 觸發器置1，主功率開關管導通，Vsigma 隨電感電流增大，與 Vc 相交時，RS 觸發器置 0 保持，開關管關斷，Vsigma 隨電感電流減小，當下一個時鐘脈沖到來時，重復前述過程，簡單總結就是：峰值電流模式利用時鐘脈沖控制開關管導通，利用電感電流峰值信號控制開關管關斷。
相較于電壓模式，峰值電流模式控制的優點在于：
- 輸入電壓的變化會直接在電感電流上反映出來，因此具有前饋補償的功能，能夠對輸入電壓變化快速響應，電壓調整率好；負載變化也會直接反映在電感電流，響應快；
- 每個周期內，電流峰值受限于電壓誤差放大器輸出信號，天然具有逐周期過流保護功能；
- 允許多個電源通過一個電壓環并聯工作，可實現均流。
電流內環可看作受控電流源，使電感電流不再是獨立變量，系統簡化成了一階電路，僅存在一個極點與輸出電容 ESR 高頻零點，誤差放大器僅需兩極點單零點的 Ⅱ 型補償即可，設計更為簡單，系統也具有比二階的電壓模式更大的帶寬，響應速度更快。
圖3
峰值電流模式也存在一些缺點：
在電感電流連續且占空比大于50%時，電感電流的擾動量逐漸發散增大，導致開關 SW 波形變為大小波，系統不穩定，即產生次諧波震蕩，因此需要注入斜坡信號消除該現象。斜坡補償的加入，電源芯片限流點會隨著占空比的增大而逐漸減小，使電流輸出能力下降。另外，在一些拓撲中，電感電流峰值不能準確反映電流平均值，不能精準控制電流。02 平均電流模式控制
圖4
針對峰值電流模式的不足，在電流內環引入了電流平均值，誕生了平均電流模式。與峰值電流模式不同之處在于，平均電流模式利用電流平均值的跟蹤誤差信號與鋸齒波比較后生成 PWM 波形。工作原理：以 Buck 電路為例，輸出電壓誤差量 Vc 連接到電流誤差放大器同相端，電感電流采樣信號連接到電流誤差放大器的反向端，進行積分運算后得到誤差信號 Vca，由于該積分值與電感電流平均值成比例，所以 Vca 代表電流平均值的跟蹤誤差信號。最后與電壓控制模式類似，Vca 與鋸齒波比較后，產生 PWM 信號控制主開關管導通與關斷，當負載加重，誤差 Vca 增大，與鋸齒波比較后 PWM 占空比增大，傳送更多能量到輸出端增大電流與抬升電壓。
因此，相比于峰值電流模式，平均電流模式具有以下優點：消除了峰值對平均值的誤差，實現對電流的進行精確控制；
不需要斜坡補償，抗噪聲性能比峰值電流模式更好；
- 適合于任何開關電源拓撲對輸入或輸出電流的控制。
但是平均電流模式具有兩個 Ⅱ 型補償網絡，兩者之間設計配合比較復雜。
03 電流模式應用
圖5
平均電流模式適用于精準控制電流的應用，比如 PFC 電路，需要控制電流波形跟隨正弦電壓，實現對電流的精準控制。
圖6
峰值電流模式適用于對電流控制精度要求不高的場合，比如 Buck 電路，由于電感電流平均值即輸出電流，但電感電流紋波較小，對輸出電流控制精度影響不大，而且相較平均電流模式更易于環路設計調試。因此，峰值電流模式比平均電流模式更適合于常規 Buck、Boost 及其衍生電路 Flyback 等。
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