На рынке представлены тысячи различных импульсных стабилизаторов. Выбор основан на таких характеристиках, как диапазон входных напряжений, выходное напряжение, максимальный выходной ток и множестве других параметров. В этой статье объясняются особенности режима управления по току дросселя – отличительной черты, обычно указываемой в технических описаниях, а также его преимущества и недостатки.
Объяснение токового режима регулирования
На Рисунке 1 показан основной принцип работы регулятора, управляемого по току дросселя. Здесь для формирования необходимого ШИМ сигнала для силового ключа напряжение обратной связи сравнивается не только с внутренним опорным напряжением, но также и с пилообразным напряжением. В регуляторах, управляемых по напряжению, наклон этой пилы фиксирован. В регуляторах с токовым управлением наклон зависит от тока дросселя и устанавливается в соответствии со значением тока, измеренным в коммутационном узле схемы, показанной на Рисунке 1. Это то, что отличает регуляторы с токовым режимом управления от регуляторов с управлением по напряжению. Одно из следствий этого отличия заключается в том, что ток дросселя немедленно адаптируется к изменениям входного напряжения (VIN на Рисунке 1). Таким образом, информация об изменении входного напряжения поступает непосредственно в контур управления еще до того, как выходное напряжение (VOUT на Рисунке 1) отследит это изменение.
 |
|
| Рисунок 1. | Основной принцип работы регулятора с режимом управления по току дросселя. |
Преимущества режима управления по току настолько убедительны, что большинство имеющихся на рынке микросхем импульсных регуляторов работают по этому принципу.
Еще одним ключевым преимуществом является упрощенная частотная коррекция петли обратной связи. На диаграмме Боде регулятора с управлением по напряжению имеются два полюса; на диаграмме регулятора с токовым управлением есть только один простой полюс, вносимый силовым каскадом. Это дает фазовый сдвиг 90° вместо 180° при двух полюсах. Таким образом, выполнить частотную коррекцию регулятора с управлением по току можно гораздо легче и, таким образом, обеспечить его устойчивость. На Рисунке 2 показана простая передаточная характеристика силового каскада типичного регулятора с режимом управления по току.
 |
|
| Рисунок 2. | На диаграмме Боде регулятора с токовым управлением есть только один простой полюс, вносимый силовым каскадом. |
Однако наряду с упомянутыми преимуществами существует несколько недостатков. Регуляторы с управлением по току не позволяют выполнить необходимые измерения тока сразу же после переключения, поскольку в это время на измерения будет сильно влиять шум. На то, чтобы шум, вызванный переключением, утих, требуется несколько наносекунд. Это называется временем гашения. Обычно это приводит к некоторому увеличению минимального времени включения по сравнению с регуляторами, управляемыми по напряжению. Другим недостатком регуляторов с управлением по току является принципиальная возможность возникновения субгармонических колебаний. Это показано на Рисунке 3. Если требуется коэффициент заполнения более 50%, регулятор с токовым управлением может попеременно выдавать короткие и длинные импульсы. Во многих приложениях это считается нестабильностью, которой следует избегать. Чтобы решить эту проблему, к формируемому пилообразному напряжению, показанному на Рисунке 1, можно добавить определенный сигнал компенсации. Это может сдвинуть порог критического коэффициента заполнения значительно выше 50%, так что субгармонические колебания не возникнут даже при более высоких коэффициентах заполнения.
 |
|
| Рисунок 3. | Напряжение в коммутационном узле регулятора с токовым управлением: субгармонические колебания. |
Даже эти упомянутые ограничения, обусловленные временем гашения и вытекающими из этого ограничениями на коэффициент заполнения, можно обойти с помощью соответствующей конструкции микросхемы. Например, одно из решений состоит в том, чтобы выполнять измерение тока со стороны «земли», где ток дросселя измеряется во время выключенного состояния ключа, а не во время включенного состояния.
Заключение
Подводя итог, можно сказать, что для большинства приложений преимущества токового управления в импульсных стабилизаторах перевешивают недостатки. А за счет различных схемных нововведений и модификаций эти недостатки можно обойти. В результате в большинстве микросхем импульсных регуляторов сегодня используется управление по току дросселя.
