从调制到控制
在专题的上一篇中介绍了各种pwm调制的思路由来,以及衍生出一系列buck的控制模式。
这一篇,我们将从这个思路延续,并对真实世界的产品一探究竟:各个厂家天花乱坠的控制名称这么多,归根结底都来源于什么。
乱花渐欲迷人眼
为了说清楚各种控制策略的本质,先来说明电压模式控制,和电流模式控制的定义,和可能的所有情形。
电压模式(pwm由电压信号调制产生)
通常情况下是单环的,区别仅在于是通过平均值比较(average-based)而产生pwm,还是通过纹波的峰谷值比较(ripple-based)产生pwm 。
因为峰谷值比较的缘故,输出电压的平均值和vref参考值会有误差,为了修正误差提高精度,有时会增加含ea的电压外环形成双环控制,本文称为“精度修正”(accuracy correction)。在文献中,这种把vo信息反馈给两个不同地方的控制手段,叫作“v² control”。
当输出电压的esr不能主导纹波时,通过额外的手段产生一个类似电感电流,或同相位于电感电流的波形,代替esr信息参与控制,以确保控制逻辑的正常运行,避免次谐波震荡。在文献中,这种手段叫作“纹波注入”(ripple inejction)。
电流模式(pwm由电流信号调制产生)
双环控制,区别仅在于是通过平均值比较(average-based)而产生pwm,还是通过纹波的峰谷值比较(ripple-based)产生pwm 。
电感电流的采样,可以依据pwm基于峰值比较还是谷值比较,只采样上管电流还是下管电流,甚至,只采样峰值点还是谷值点。更特别的,可以不直接采样回路里的电流,而类似纹波注入的思路,生成一个同相位的“虚拟电感电流”(emulated current)信息,代替真实的电流采样,参与控制。
类似电压控制模式,注入同相位的纹波可以提高控制逻辑的鲁棒性。为了避免次谐波震荡,有时同样需要“纹波注入”(ripple inejction),比如峰值电流控制中的斜坡补偿;另一方面,这样做可提高pwm的抗扰性和稳定度(noise immunity, jittering),也可据此调节环路小信号模型的特性。
浅草才能没马蹄
提到变频的滞环和cot/fot控制,以及伪定频的自适应计时器做法。实际上,滞环控制也可以通过自适应的上下比较阈值实现伪定频。下表中,把自适应的伪定频调制方法加上adaptive前缀。
接着,我们把提到的定频pwm调制和pwm+pfm混合调制分为两大类,然后依据本文介绍的电压模式和电流模式再细分,对绝大部分的buck控制模式进行分类。
需要特别注意,标注出的公司和相应的控制策略,只是笔者个人认为的,该种控制思路的一个典型代表,并不意味着有且仅有这一厂家/这一系列采取了这种控制策略。
另外,自适应阈值/计时器的做法,虚拟电感电流的产生,纹波注入的方式,和修正精度用电压外环的设计,每一家甚至每一个控制系列的细节实现,一定不尽相同,具体可参考如下各厂家的公开资料,和通过表中academic关键词检索ieee文献学习。
最后,基于buck的控制策略,绝大部分可以拓展到其他任何拓扑的控制研究中去,paper就是这么来的。
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