上一个专题讲述了开关电源的一些常见拓扑，这个专题准备开始总结一些控制模式相关的内容。开关电源某种角度来讲可以分为两个部分，一部分是大信号回路，主要走功率信号，其实拓扑专题讲述的就是功率信号的传输；另一部分是小信号回路，主要走控制信号和反馈信号，下面就把小信号回路（主要是控制电路和反馈电路）做个归纳总结，一方面投稿，另一方面也算个人的知识点梳理吧。

开关电源的控制方式有很多，耳熟能详的有电压模式、峰值电流模式、谷点电流模式、COT模式等等，但最经典也是最传统的一种还要数电压模式控制（VMC），虽然在现代开关变换器中逐渐被电流、COT等模式取代，但它的原理简单，频率固定，很容易采用数学工具建模分析，因此必须首先介绍：

图1.电压模式控制电路

如图1所示，是典型的电压型控制模式的BUCK电路原理图，如果仅关注控制部分，则它由误差放大器、补偿网络、比较器等部分构成。控制环路仅有一个电压反馈环，误差放大器的同相端连接参考电压VREF，反向端连接feedback电压，输出端COMP电压为Ve。电压放大器的输出连接到PWM比较器的同相端，反向端输入信号为斜坡发生器输出的连续锯齿波，它由固定频率时钟信号产生。

图2. 稳态下控制电路波形图

图2所示为稳态条件下电压型控制模式的关键节点波形图，Ve是误差放大器输出信号，VR是斜坡发生器输出的连续锯齿波信号。它的工作过程有两个阶段：

时钟振荡器输出脉冲信号为高电平，高端的开关管导通，开始一个开关周期，电感所加的电压为正，电感激磁，电流线性上升。由于锯齿波的电压低于Ve的电压，PWM比较器持续输出高电压。
当锯齿波的电压增加到高于Ve的电压时，PWM比较器输出翻转，高端的开关管关断，低端的同步MOSFET或续流二极管导通，电感所加的电压为负，电感去磁，电流线性下降。直到下一个开关周期开始的时钟同步信号到来，如此反复。

其瞬态调解原理如下：

当输出负载增大时，输出电压降低，Ve增大（负反馈），锯齿波的电压只有增加到更高的值才能够和Ve相等，从而使PWM比较器翻转，因此，开关管导通的时间增长，占空比增加，输入功率增加，因此输出电压增加，当输出电压增加到调节的范围内时，系统保持平衡。
当输出负载降低时，输出电压升高，Ve降低，锯齿波的电压在较低的值就可以等于Ve值，从而使PWM比较器翻转，因此，开关管导通的时间缩短，占空比降低，输入功率降低，因此输出电压降低，当输出电压降低到调节的范围内时，系统保持平衡。

电压误差放大器的作用是检测缓慢变化的输出直流电压信号的微小变化，输入到FB管脚。FB管脚的电压V-与参考电压VREF的差值被电压误差放大器放大输出，输出Ve为具有一定幅值的比较干净的直流低频反馈控制信号，开关电源输出附带的较宽频带的高频开关噪声信号被滤除，从而保证输出稳态时的稳压精度。

高频开关噪声的频率较高，幅值较大，如果高频开关噪声衰减不够的话，系统容易受到干扰，不能稳定工作；但是高频开关噪声衰减过大的话，系统的带宽窄，动态响应较慢，因此要做一些折衷的设计，要保持电压误差放大器的低频增益高，高频增益低，可以通过对整个闭环系统进行补偿，使得闭环系统稳定工作。

从电压模式工作原理可以看到，系统没有内置的限流功能保护电路，同时，对于输入和输出的瞬变变化，系统响应缓慢。当输入电压突然变低或负载阻抗突然变低时，因为主电路有较大的输出电容和电感，电容与电感产生相移延时作用，输出电压的变低也延时滞后，输出电压变低的信号还要经过电压误差放大器的补偿电路的延时滞后，才能传到PWM比较器，将脉宽变宽，这两个延时滞后作用是暂态响应慢的主要原因。为了提高系统的可靠性，必须外加限流保护电路，注意到限流保护电路只起限流的作用，并不参与系统的内部的反馈调节。

电压模式的优点：

（1）由于电流信号不参与反馈，系统不会受到电流噪声的干扰。

（2）PWM三角波幅值较大，脉冲宽度调节时具有较好的抗噪声性能。

（3）占空比调节不受限制。

（4）对于多路输出电源，它们之间的交互调节性能较好。

（5）单一电压闭环反馈设计，调试比较容易。

（6）低的输出阻抗。

电压模式的缺点：

单反馈环控制系统，输出LC滤波器在控制环中产生双极点，动态响应慢，需要增加一个零点对主极点进行补偿，因此反馈补偿设计比较复杂，需要更多额外的器件仔细设计补偿环路，来优化负载瞬态响应。
环路增益是输出电容ESR的函数，输出电容影响反馈环，需要电解电容或钽电容稳定控制回路以维持良好的高频响应；在相同均方根工作电流的需求下，相同电容值的电解电容或钽电容比陶瓷电容的体积更大，同时输出电压的波动也更大。环路的增益是输入电压的函数,对输入电压的变化动态响应较慢，需要输入电压前馈。
电压模式的反馈设计通常选取穿越频率为1/5-1/10的开关频率，环路补偿采用III类补偿网络：3个极点和2个零点，2个零点安排在LC谐振双极点附近，以抵消双极点产生的相位延迟；低频积分电路用以提高低频的直流增益，2个高频极点以产生高频噪声衰减，保证在0dB穿越频率以上环路增益保持下降。
用于限流控制的电流检测缓慢不准确。如果多个电源和多个相位并联操作,需要外部电路进行均流控制。

综上所述，电压型控制模式更适合一些负载低速变化、噪声干扰严重的场合（如工业级、汽车级应用）。下一篇会介绍针对电压模式的缺点改进而成的电流控制模式及其相关应用，其实控制模式没有好坏，只有适合，适合的就是最好的~