引言

LM5177 降壓/升壓控制器使用兩個(gè)級(jí)聯(lián)控制環(huán)路來將轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和電流調(diào)節(jié)到所需的值。外部環(huán)路是電壓調(diào)節(jié)環(huán)路，而內(nèi)部環(huán)路是電流調(diào)節(jié)環(huán)路。圖 1 展示了降壓/升壓控制器的控制環(huán)路。

圖 1 級(jí)聯(lián)控制環(huán)路概述

電感電流在電壓調(diào)節(jié)環(huán)路中具有重要作用，用于產(chǎn)生功率級(jí)所需的 PWM 信號(hào)。因此，使用了分流電阻 (R_CS) 來測量電感峰值電流。R_CS 兩端的差分電壓被饋送到差分放大器，以產(chǎn)生相應(yīng)的電壓斜坡 (V_sense)。每個(gè)降壓/升壓控制器的差分峰值電壓都有一個(gè)默認(rèn)的最大閾值。如果差分峰值電壓超過此電壓閾值，電感電流將限制為相應(yīng)的峰值電流值。可以通過為 R_CS 電阻選擇不同的值來更改峰值電流限值。圖 2 展示了峰值電流限制功能對(duì)應(yīng)的方框圖。

圖 2 電感峰值電流環(huán)路方框圖

峰值電流限制功能使用電感峰值電流來調(diào)節(jié)電源的輸出負(fù)載電流。因此，與平均電流限制功能相比，它具有許多限制。在控制器中，峰值電流限制比較器的帶寬是最高的，超過所有其他控制環(huán)路的帶寬，但由于電壓環(huán)路的補(bǔ)償限制，電壓調(diào)節(jié)環(huán)路的整體帶寬較小。除此之外，它還受到許多應(yīng)用參數(shù)的影響，例如開關(guān)頻率、電感值、模式（降壓、升壓和降壓/升壓）等等。這些相關(guān)性會(huì)限制峰值電流限制功能的工作范圍并導(dǎo)致其電流保護(hù)閾值不準(zhǔn)確，因此平均電流限制功能將擴(kuò)展為僅峰值電流限制功能的有益替代方案。

平均電流限制功能在降壓/升壓控制器中有一個(gè)控制環(huán)路，它的默認(rèn)優(yōu)先級(jí)高于其他控制環(huán)路。如果平均電流限制環(huán)路處于活動(dòng)狀態(tài)，則用于實(shí)現(xiàn)平均電流限制的電流檢測放大器會(huì)監(jiān)測檢測電阻器 R_ISNS 兩端的差分電壓，并將該值與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果 R_ISNS 上的壓降大于基準(zhǔn)閾值，則平均電流限制環(huán)路將覆蓋電壓環(huán)路中 g_m 級(jí)的輸出值。這是通過調(diào)節(jié)電感峰值電流的峰值電流鉗位值，直到差分電壓等于基準(zhǔn)電壓來實(shí)現(xiàn)的。通過這種方式，平均電流限制環(huán)路可以調(diào)節(jié)并降低直流/直流轉(zhuǎn)換器的峰值電流能力。平均電流限制環(huán)路的原理圖如圖 3 所示。

圖 3 平均電流限制環(huán)路方框圖

為了實(shí)現(xiàn)電源的寬平均電流限制范圍，平均電流限制環(huán)路使用了外部分流電阻器 R_ISNS。除此之外，還在 IMONOUT- 引腳上添加了補(bǔ)償，以增強(qiáng)平均電流限制環(huán)路的穩(wěn)定性，并為各種應(yīng)用或工作點(diǎn)提供最佳性能。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，補(bǔ)償帶寬比輸出電壓環(huán)路補(bǔ)償快 3 到 5 倍時(shí)會(huì)達(dá)到不錯(cuò)的效果。

應(yīng)用演示

為了驗(yàn)證平均電流限制的運(yùn)行情況，我們在 LM5177 降壓/升壓控制器評(píng)估模塊上進(jìn)行了硬件測試。在此測試中，降壓/升壓控制器設(shè)置為在升壓模式下工作，其中輸出電壓為 12V，而施加的輸入電源電壓為 6V。要設(shè)置所需的輸出電壓值，需要相應(yīng)地更改 LM5177 降壓/升壓控制器反饋引腳處的分壓比。第一個(gè)測試在沒有平均電流限制功能的情況下運(yùn)行，這是控制器的正常運(yùn)行情況。圖 4 中的結(jié)果表明，電感峰值電流隨著負(fù)載電流的增加而增加，但輸出電壓穩(wěn)定在 12V 左右。

圖 4 無 ILIM 操作的升壓模式

相反，圖 5 中的測試結(jié)果描述了平均電流限制操作。為平均電流限制器設(shè)置的值為 3A。因此，結(jié)果證實(shí)電感峰值電流被鉗制在 3A 左右，并且電源具有 3A 的恒定輸出電流。為了調(diào)節(jié)電源輸出電流，電源輸出電壓可以隨著負(fù)載電流的進(jìn)一步增加而降至 0V。

圖 5 含 ILIM 操作的升壓模式

我們針對(duì)轉(zhuǎn)換器的不同拓?fù)洌ń祲骸⑸龎汉徒祲?升壓）執(zhí)行了峰值和平均電流限制器測試。為平均電流限制器和峰值電流限制器設(shè)置的電流調(diào)節(jié)限值分別為 3A 和 9A。圖 6、圖 7 和圖 8 展示了從這些測試收集的結(jié)果。從結(jié)果中可以明顯看出，在降壓和降壓/升壓模式下，平均電流限制功能能夠精確地將輸出電源電流調(diào)節(jié)為 3A，但在升壓模式下該值略有不準(zhǔn)確。相反，在全部三種拓?fù)渲?，可以觀察到峰值電流限值與所需的電流調(diào)節(jié)限值中間存在相當(dāng)大的偏差。峰值電流限制調(diào)節(jié)的這些偏差和不準(zhǔn)確是因?yàn)樗蕾囉诮祲?升壓控制器的許多控制參數(shù)（例如輸入電壓、開關(guān)頻率等）。

總結(jié)

從結(jié)果可以明顯看出，與峰值電流限制功能相比，降壓/升壓控制器的平均電流限制功能具有更高的響應(yīng)性能、準(zhǔn)確度和精度。因此，建議對(duì)過流和短路問題非常敏感的系統(tǒng)使用此功能。此外，降壓/升壓控制器的各種控制參數(shù)不會(huì)對(duì)平均電流限制器的操作產(chǎn)生影響，使得該功能成為許多應(yīng)用中可靠的恒流源。

參考文獻(xiàn)

• 德州儀器 (TI)，LM5177 80V 寬 VIN 雙向 4 開關(guān)降壓/升壓控制器，數(shù)據(jù)表。
• 德州儀器 (TI)，LM5177 降壓/升壓控制器評(píng)估模塊，用戶指南。