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DC-DC变换器AVP控制方法的分析
DC-DC变换器AVP控制方法的分析
关键词：电压调整模块降压控制有源法无源法
CPU和DSP对数据处理速度和容量的要求不断提高，对电源模块
的供电要求也就相应地提高了，主要体现在电源的输出电流大小及
其变化率和输出电压峰－峰值上。采取的措施有多通道buck电路拓
扑和良好的控制方法，如V2控制法和滞回控制法等，这样可以改善
电源的稳态和动态性能、提高电源效率。但是对于更低的输出电压、
更大的电流动态变化率，不可避免地要采用更大容量、更低ＥＳＲ
的电容以减少瞬态电压峰－峰值。而大容量、低ＥＳＲ电容增加了
模块的成本，占用更大的空间，不利于提高功率密度。基于以上种
种问题，采用ＡＶＰ方法（如图１所示）使电源在满载时电压比所
要求的最低电压高，在空载或轻载时输出电压比所要求的最高电压
低，这样不仅有利于电源模块的热设计，而且动态过程电压工作在
窗口电压内，输出电压峰－峰值小、恢复时间短。但是文献提出的
方法较为复杂，使用专用的控制芯片导致开发成本增加，提出的方
法在实际应用中电路效率较低。本文对ＡＶＰ控制方法进行深入分
析，归纳总结出各种ＡＶＰ的实现方法，并提出了一种新颖高效的
控制方法，用实验证明ＡＶＰ方法的优越性。
１ＡＶＰ控制有源法的分析
ＡＶＰ有源控制为双环控制，其基本原理如图２所示。通过检测
电感电流，根据降压要求相应调节输出电压的基准。输出电压跟随
基准电压而实现ＡＶＰ控制。图３为ＡＶＰ有源控制的方块图，假
设电流环增益为Ｔｉ，电压环增益为Ｔｖ，则：
Ｔｉ＝Ａｖ×ＦＭ×Ｇｉｄ×Ａｉ（１）
Ｔｖ＝Ａｖ×ＦＭ×Ｇｖｄ（２）
由（２）／（１）可得：
ｗＥＳＲ＝1/(Rc×Co)，ｗＲ.０＝1/Ro×C0)
此处Ｒｃ为输出电容Ｃｏ的等效电阻值，Ｒｏ为输出负载。当
ｗ＞＞ｗＥＳＲ且Ａｉ＝Ｒｃ时，则(3)式值为１。这说明了在此情
况下电流环、电压环有相同的截止频率，而Ａｖ的设计对电流环、
电压环的比值没有影响，其零极点的设计则依据电流环的设计方法
进行。
其中，Ｌ为等效输出电感，ｆｓ为开关频率，ｗｚ用于补偿功率
双极点，ｗｐ用于消除开关噪声，ｗｉ保证电流环的截止频率高于
输出电容引入的ＥＳＲ零点频率。基于以上原则，设计固定输出阻
抗值为输出电容的ＥＳＲ值。实现方法?眼２?演分别为检测开关管
导通电阻、续流管导通电阻或串联阻值小的检测电阻。前两种方法
受温度的影响不宜采用，而串联阻值小的检测电阻有助于改善温度
变化引起的精度变化，但是在主电路中串联电阻必然引起电源模块
效率的下降。
２ＡＶＰ控制无源法的实现
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