中心論題：
- AVP控制有源法的分析
- AVP控制無(wú)源法的實(shí)現
- 實(shí)驗結果分析
解決方案：
- AVP控制有源法
- AVP控制無(wú)源法
CPU和DSP對數據處理速度和容量的要求不斷提高，對電源模塊的供電要求也就相應地提高了，主要體現在電源的輸出電流大小及其變化率和輸出電壓峰-峰值上。采取的措施有多通道buck電路拓撲和良好的控制方法，如V2控制法和滯回控制法等，這樣可以改善電源的穩態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，提高電源效率。但是對于更低的輸出電壓，更大的電流動(dòng)態(tài)變化率，不可避免地要采用更大容量，更低ESR的電容以減少瞬態(tài)電壓峰-峰值。而大容量、低ESR電容增加了模塊的成本，占用更大的空間，不利于提高功率密度?；谝陨戏N種問(wèn)題，采用AVP方法(如圖1所示)使電源在滿(mǎn)載時(shí)電壓比所要求的最低電壓高，在空載或輕載時(shí)輸出電壓比所要求的最高電壓低，這樣不僅有利于電源模塊的熱設計，而且動(dòng)態(tài)過(guò)程電壓工作在窗口電壓內，輸出電壓峰-峰值小，恢復時(shí)間短。但是文獻提出的方法較為復雜，使用專(zhuān)用的控制芯片導致開(kāi)發(fā)成本增加，文獻提出的方法在實(shí)際應用中電路效率較低。本文對AVP控制方法進(jìn)行深入分析，歸納總結出各種AVP的實(shí)現方法，并提出了一種新穎高效的控制方法，用實(shí)驗證明AVP方法的優(yōu)越性。
AVP控制有源法的分析
AVP有源控制為雙環(huán)控制，其基本原理如圖2所示。通過(guò)檢測電感電流，根據降壓要求相應調節輸出電壓的基準。輸出電壓跟隨基準電壓而實(shí)現AVP控制。圖3為AVP有源控制的方塊圖，假設電流環(huán)增益為T(mén)i，電壓環(huán)增益為T(mén)v，則:
由(2)/(1)可得：
此處Rc為輸出電容Co的等效電阻值，Ro為輸出負載。當w>>wESR且Ai=Rc時(shí)，則(3)式值為1。這說(shuō)明了在此情況下電流環(huán)、電壓環(huán)有相同的截止頻率，而Av的設計對電流環(huán)、電壓環(huán)的比值沒(méi)有影響，其零極點(diǎn)的設計則依據電流環(huán)的設計方法進(jìn)行。
其中，
，L為等效輸出電感，fs為開(kāi)關(guān)頻率，wz用于補償功率雙極點(diǎn)，wp用于消除開(kāi)關(guān)噪聲，wi保證電流環(huán)的截止頻率高于輸出電容引入的ESR零點(diǎn)頻率?；谝陨显瓌t，設計固定輸出阻抗值為輸出電容的ESR值。實(shí)現方法分別為檢測開(kāi)關(guān)管導通電阻、續流管導通電阻或串聯(lián)阻值小的檢測電阻。前兩種方法受溫度的影響不宜采用，而串聯(lián)阻值小的檢測電阻有助于改善溫度變化引起的精度變化，但是在主電路中串聯(lián)電阻必然引起電源模塊效率的下降。
AVP控制無(wú)源法的實(shí)現
采用無(wú)源法增加檢測電阻，如圖4所示。通過(guò)檢測Va使之等于VREF，實(shí)現vo=Vref-io×Rs，使電源在滿(mǎn)載時(shí)電壓比所要求的最低電壓高，在空載或輕載時(shí)輸出電壓比所要求的最高電壓低。從而使得輸出電壓在負載動(dòng)態(tài)跳變時(shí)能夠較快地達到穩定，提高動(dòng)態(tài)響應，以改善電壓大電流所引起的動(dòng)態(tài)響應與電路成本的矛盾關(guān)系。
實(shí)驗結果分析
本文通過(guò)檢測輸出電感電阻的阻值，對其進(jìn)行適當的處理，有效地實(shí)現AVP控制(如圖5所示)，避免了在電感與輸出端增加電阻所引起的效率下降問(wèn)題。圖5(b)和圖6為采用AVP控制方法和不采用AVP控制方法兩種情況下的實(shí)測動(dòng)態(tài)波形。輸出電流由空載到半載(0→7.5A)時(shí)測得輸出電壓峰-峰值為97mV，而不采用AVP控制方法時(shí)輸出電壓峰-峰值為318mV。而且圖5(b)的動(dòng)態(tài)恢復時(shí)間明顯比圖6的恢復時(shí)間短?？梢?jiàn)，采取AVP控制有著(zhù)良好的動(dòng)態(tài)響應，進(jìn)而可減小輸出電容及降低成本。
隨著(zhù)VRM的深入發(fā)展，為滿(mǎn)足低電壓、大電流的需要，相繼提出了各種電路拓撲，如帶抽頭電感的BUCK電路、有源鉗位的BUCK電路、耦合繞組的BUCK電路、移相軟開(kāi)關(guān)BUCK電路等;并有優(yōu)良的控制方法問(wèn)世，如V2控制、滯回控制等。以上的這些方法都甚是難以滿(mǎn)足電源模塊的發(fā)展需要。AVP的控制方法在適當降低負載調整率的情況下有效地改善了模塊的動(dòng)態(tài)響應，在低電壓、大電流的應用場(chǎng)合中被人們重新認識。本文對其從理論方法進(jìn)行分析，并采用新的檢測方法通過(guò)實(shí)驗證明了AVP良好的動(dòng)態(tài)調節能力。
