TI 推出了选用DCS-Control™技能的同步降压转化器，它是一款可无缝转化至节能形式的直接操控调理拓扑。这种拓扑交融了电压形式、电流形式以及迟滞操控拓扑的很多长处，并一起完成顺滑转入节能形式。本文为您介绍DCS-Control拓扑的作业原理，展现其在节能形式下的低输出电压纹波、优异的瞬态呼应以及无缝形式转化功能。
根本作业原理
DC-Control拓扑根本上是一种迟滞拓扑。可是，它整合了几种电路，一起具有电压形式和电流形式拓扑的长处。图1显现了DC-Control拓扑的根本结构图(取自TI的TPS62130降压转化器产品阐明书)。1
图1 DCS-ControlTM拓扑结构图
DC-Control拓扑的输入共有两个：反应(FB)引脚和输出电压检测(VOS)引脚。大多数DC/DC转化器的FB引脚输入体现均相同。它是差错放大器或许运算放大器的高阻抗输入，其意图是把FB引脚的差错信号输出至某个内部基准电压VREF。与其它DC/DC转化器中相同，差错放大器供给精确的输出电压调理。在输出电压(FB引脚)和接地之间的分压器，设置输出电压的设定点。就一些器材而言，例如：TI的TPS62131等，经过一个VOS引脚分压器内部衔接FB引脚。这样便可设置输出电压，削减2个外部组件，并一起下降FB引脚的灵敏度。在差错放大器周围包含相应的补偿，以保证其稳定性。
在输出电容，VOS引脚直接衔接至转化器的输出电压。与FB引脚相同，它是操控环路的高阻抗输入。与FB引脚不同的是，VOS引脚进入某个专有电路，构成电压斜升。之后，把该电压斜升与差错放大器的差错信号比较，其同电压形式和电流形式操控的做法相同。VOS引脚到比较器的通路，让DCS-Control拓扑具有快速的迟滞呼应。VOS的输出电压改动直接馈给比较器，并立即对器材的运转发生影响。正因如此，VOS引脚对噪声灵敏;因而，输出电压从输出电容器回来至器材VOS引脚的道路应尽或许地短和直。VOS引脚电路周围的相应补偿，意图是保证稳定性。
之后，比较器向操控电路输出一个信号，告知它是否向栅极驱动器输出一个开关脉冲，以操控高侧MOSFET。比较器与计时器电路协同作业，一起供给最敏捷的负载瞬态呼应和经过调理的开关频率。
依据VOUT与VIN的比率，计时器设置一个能够扩展比较器“导通”时刻操控的最小“导通”时刻。器材产品阐明书通常会运用一个方程式阐明计时器设置的最小“导通”时刻，例如：
在这个依据TPS62130的举例中，方针开关时刻为400ns;因而，开关频率为其倒数，即2.5MHz。因为VOUT/VIN要素，调理后开关频率维持在输入和输出电压规模，其依据某个降压转化器的抱负占空比调理最小“导通”时刻。因而，“导通”时刻方程式还可写为
，其精确界说了一切降压转化器的“导通”时刻。
低侧MOSFET操控较为简略。在高侧MOSFET封闭今后，低侧MOSFET敞开，并有用地使电感电流斜降。当电感电流衰减至零，或许比较器让高侧MOSFET再次敞开时，低侧MOSFET封闭。施加相应的死时刻，以防止MOSFET呈现击穿电流。
节能形式
DCS-Control拓扑的一个要害组成部分是其节能形式。一般来说，大多数节能形式均在低负载电流时启用，其经过越过开关脉冲和下降器材的电流耗费(静态电流)来进步转化功率。越过开关脉冲让器材作业在非接连导电形式(DCM)下，消除负电感电流(从输出端流向输入端)，如若不然，它会呈现在轻负载条件下。这类电流只会损坏前面开关周期的作业，并带来更多的损耗，然后下降功率。下降静态电流能够进步超轻负载下的功率，《参考文献2》中对此有具体的阐明。
DCS-Control拓扑的节能形式十分简略。它的完成电路与前面所述相同：从节能形式转化至PWM形式期间，在两个不同操控形式之间没有开关操作。其它一些操控拓扑会在一种节能形式操控办法和另一种PWM形式办法之间进行开关切换。这样做，在转化期间或许会呈现电子脉冲搅扰和随机噪声。本文后边的“无缝转化”将具体阐明这种现象。
DCS-Control拓扑运用一种简略的办法完成其节能形式：假如比较器不需求开关脉冲，则不发生脉冲。因而，假如电感电流衰减至零时输出电压高出其设置点(由差错放大器测得)，则器材不输出一个新的开关脉冲;反之，下降其静态电流并进入节能形式。除非差错放大器告知比较器，输出电压已降至其设置点，现在应该升压，不然它将一向等候。之后，器材输出一个继续最小“导通”时刻的开关脉冲，把输出电压升高至足以坚持在调理规模内的程度。节能形式下，这些电路的最小传达推迟带来高效率和杰出调理的输出电压。
继续最小“导通”时刻的单个开关脉冲，把最小能量传输至输出端，然后完成最小输出电压纹波。跟着轻负载电流添加，单次脉冲愈加挨近，并添加开关频率至音频带之上，其速率高于其它节能拓扑。其它拓扑在节能形式下运用数组或许接连脉冲，导致脉冲期间输出端的能量更大。因为输出电压降回其设置点需求花费更长的时刻，因而脉冲的距离更大，然后使有用频率在音频规模内的时刻更长。DCS-Control的单脉冲构架，让其能够作业在音频带以上，而且负载电流小于其它拓扑。《参考文献3》介绍了一个节能形式噪声功能的事例研讨。
当负载增长到必定程度、单次脉冲之间没有时刻距离时，在比较器告知高侧MOSFET再次敞开曾经电感电流不会回来零。DCM鸿沟处呈现这种负载状况，到时，转化器退出节能形式，进入PWM形式。
节能形式的输出电压纹波
组合运用节能形式(最小“导通”时刻的单次脉冲)和到达零电感电流时进入PWM形式，让DCS-Control拓扑比其它拓扑愈加灵敏，然后完成愈加简略的装备，终究满意体系要求。例如，考虑一个12V输入和3.3V输出的体系在节能形式下的输出电压纹波状况。TI的TPS62130评价模块(EVM)作业在2.5MHz设置下，用于图2来演示怎么经过添加外部电感和输出电容削减这种纹波。无负载状况用于显现节能形式下的极点输出电压纹波。
图2 TPS62130的输出电压纹波
图2a显现了现已很低的26mV峰值到峰值输出电压纹波，即3.3V输出电压的0.8%，其运用默许电路得到。因为在每个开关脉冲期间传输的能量相同，因而添加输出电容能够削减输出电压纹波。输出电容更高，固定能量带来的电压纹波也就越少(图2b)。因为“导通”时刻不变，因而添加电感能够下降开关脉冲内到达的峰值电流。低峰值电流存储的能量也更少(E= ½ × L × I2)，因而传输至输出的能量也更少，然后再一次下降了电压纹波(图2c)。留意，每个电路的“导通”时刻相同，因为其为器材的内部固定值，无法经过外部组件改动。
工程师还能够设置经过调理电感进入节能形式的负载电流，其把鸿沟更改为DCM。更大的电感带来更小的电感电流纹波，其意味着，电感电流坚持在零以上，导致更低的输出电流电平。它能够让节能形式的进入点和输出电压纹波满意各种特别需求，然后让这种拓扑能够用于各种运用中，包含那些对噪声高度灵敏的运用，例如：医疗或许工业运用中的低功耗无线发射器和接收器(拜见《参考文献5》)、消费类设备的便携式电源以及固态硬盘电源。
瞬态呼应
因为DCS-Control拓扑经过VOS引脚检测实践输出电压，因而其十分适合于对负载瞬态做出呼应。该信号直接馈给比较器，并不经过带宽约束差错放大器传输，不影响“导通”时刻。因其迟滞特性，DCS-Control拓扑的负载瞬态呼应更敏捷，而器材100%占空比又进一步增强了它的这种才能。
在这种形式下，只需输出电压康复需求，器材便能够让高侧MOSFET坚持敞开。换句话说，比较器的“导通”时刻要求得到彻底满意。图3显现了TPS62130 EVM经过其100%占空比对无负载到1A负载瞬态做出呼应的状况。在瞬态开端和高侧MOSFET敞开时之间的300ns时刻推迟意味着，瞬态呼应简直彻底受大信号问题(电感)的约束，而非小信号问题(操控拓扑)。因而，DCS-Control拓扑并非是器材瞬态呼应才能限制的首要方面;在运用特定输出滤波器组件时，它完成了优异的瞬态呼应。
图3 瞬态呼应期间TPS62130 EVM的100%占空比形式
无缝转化
在前面，咱们留意到，在DCS-Control拓扑中，仅一个电路操控PWM和节能形式。它完成了两种操控形式之间的敏捷且无缝的转化。别的，当电路的作业状况挨近两种形式之间的鸿沟时，它依然具有更高的功能。因为不存在形式开关，因而便没有输出脉冲搅扰。
图4把TPS62130的形式转化功能同运用另一种操控拓扑的器材进行了比较。在类三角形式下，负载电流(绿色标明的底部线条)规模为10mA到1A。咱们一起调查到了扰动或许搅扰电感电流和输出电压纹波。
图4 PWM形式到节能形式转化
关于运用DCS-Control拓扑的TPS62130来说，图4标明，比较运用另一种操控拓扑的器材，它的输出电压和电感电流波形都愈加滑润。在一切负载电流下，TPS62130输出的电压纹波都更小。更负载时纹波稍有添加;可是，因为器材进入节能形式，这种纹波添加远低于运用另一种拓扑的器材。最终也是最重要的一点是，跟着负载添加输出电压下降较显着(在一些有限作业条件下，例如：负载斜升)，而运用另一种拓扑的器材则退出节能形式，进入PWM形式。很显着，这是负载或许体系不期望呈现的状况，而DCS-Control拓扑能够防止这种状况的呈现。
定论
DCS-Control拓扑比较其它操控拓扑有了巨大的改善，它具有优异的瞬态呼应，并可无缝地转化至节能形式。它的单脉冲节能形式具有较低的输出电压纹波，并进步了各种终端设备和体系的功能，包含噪声灵敏型运用。
