這里使用“控制”一詞用以描述電源構架中所包含的智能，它定義了電源面對干擾時保持輸出恒定所采取的措施。換句話說，也就是電壓調節的功能是如何具體實現的。

不可否認，在電源中還有許多其他功能也需要智能控制，如啟動要求、過載保護、對外部指令的響應等，首先我們要了解的是電壓調節。接下來會介紹隨著時間推移而發展起來被廣泛使用的各種控制算法，并比較它們的優點和局限性。但是，請記住，與電源大多數其他特性一樣，對于任何給定的功能要求，沒有一種單一的最佳方法。

本章內容：

• 滯環控制
• 恒定導通時間控制
• 恒定關斷時間控制
• 電壓模式控制

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滯環控制

滯環控制是一種古老的控制方式，已經存在了很長一段時間，并且在某些應用中仍然很有用，它是最簡單的，因此也是成本最低的控制方案。下圖顯示了一個基于滯環控制的電源拓撲構架和主要節點的工作波形。

滯環控制的核心只是利用一個電壓比較器，它將穩壓器輸出的檢測結果與內部基準進行比較，如果輸出電壓太低，則打開電源開關管，如果太高則關閉電源開關管。該電路本質上是一個振蕩器，其中比較器中的遲滯范圍定義了開關管合適的高低閾值。輸出電壓的三角波紋波電壓疊加于平均直流輸出之上，因而該拓撲結構還有一個名稱為“紋波調節器”。另一種描述稱之為“hang bang"控制器，因為它在兩個閾值之間振蕩，在這些限值之間控制器不起作用。

這種控制方案的好處是：

• 首要的——簡單和成本低廉便宜（至少在理論上是這樣）；
• 由于電路本身（本質上）是穩定的，因此不需要反饋回路，也不需要補償網絡；
• 開關管可以很容易實現開通和關斷，所以只要將輸出電壓的跌落或過沖恢復到誤差范圍內，電路可以實現負載瞬變的快速響應。

但是，也有很多限制，包括：

• 開關頻率隨輸入和負載變化而變化。雖然有一些方法可以最大限度地減少這種變化，但它們增加了復雜性，同時仍然有局限。從另外的角度上來說，不太容易采用外部時鐘信號對其進行同步控制；
• 輸出需要一定的電壓紋波，如果減小紋波幅度則會導致閾值精度設定變得困難。同時輸出紋波通常由電容的ESR提供，這限制了陶瓷電容的使用;
• 比較器的轉換對輸出端的噪聲敏感；
• 在較高頻率中，開關的內在延遲會增加輸出電壓紋波；
• 為了防止磁飽和和電流過載需要增加額外的電路。

即使有這些限制，由于其對負載瞬變有著最快的響應速度，大家仍然對滯環控制產生濃厚的興趣，并且人們已經想出很多方法來應對其局限性。下面所說的恒定導通時間控制即是其中之一。

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恒定導通時間控制

這是另一種變頻控制方案，如內部單穩態電路所定義的，它只有關斷時間是可變的，而導通時間保持恒定。調節仍然是通過一個比較器來觀察輸出紋波電壓，但它僅檢測最小閾值來控制開關管關斷時間用以啟動下一個脈沖周期。恒定導通時間可以優化開關管柵極驅動，特別是電壓需要一個低占空比時尤其有好處。只需要一個定時電路來設置最小關斷時間限值即可以防止因多個脈沖引起的電感飽和，所以它還可以提高輸出電感利用率。其典型的框圖如下圖所示。

恒定導通時間算法有以下好處：

• 這仍然是一個閾值驅動電路，天然穩定，無須回路補償；
• 只需要很少量的外部元件；
• 對負載突變能快速響應；
• 輕載時，允許延長關斷時間以維持高效率；
• 增加輸入電壓前饋以改變單次定時時間可以幫助穩定開關頻率。

但是仍然有局限性：

• 頻率不是恒定的，同樣，與外部時鐘同步是很困難的；
• 仍需要一些輸出電壓紋波，通常由電容ESR提供，所以也限制了陶瓷電容的使用；
• 一樣對輸出端噪聲敏感；
• 需要單獨的功能來實現過電流保護。

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恒定關斷時間控制

既然能對SMPS進行恒定導通時間控制，相反地，同樣可以用一個恒定關斷時間，可變導通時間（仍然是變頻）的算法來達到相同的目的。但是這個控制算法存在許多嚴重的問題。最大的問題是，在輕載情況下，開關頻率不得不增加，功率脈沖寬度必須減小，這兩者都會造成嚴重的性能損失。所以有了這些限制，它并沒有其他明顯的優勢，故實際上也很少采用，這里就不再繼續介紹這種控制算法。

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電壓模式控制

在最開始，這種控制方式沒有名字，它是開關電源的最早控制形式，那時候沒有什么其他控制方式可以對比，所以也沒有必要命名。但隨著電流模式控制的引入，電壓模式成為該架構的默認名稱，它現在仍是參照標準和最廣泛使用的控制方案。這也是PWM開關穩壓器基本推導的控制算法。其控制框圖和工作情況如下圖所示。

首先要注意的是，它包含一個內部時鐘以產生固定頻率，但也可以同步外部時鐘。通過以一定間隔時間設定鎖存器來打開開關管，這樣可以得到恒定的開關頻率。這個定時振蕩器還提供了一個斜坡電壓，這是通過對電容的充電和放電實現的，它用來作為PWM比較器的參考波形。誤差放大器將穩壓器的輸出檢測電壓與內部基準電壓進行比較，比較器會產生一個模擬誤差信號，這個誤差信號作為PWM比較器的輸入，并進一步將其與斜坡電壓進行比較，當斜坡電壓超過模擬誤差信號時，開關管關斷。在一定的限值范圍內，這是一個線性模擬控制系統，可以用傳統的反饋控制理論來分析穩定性、準確性和響應特性。

電壓模式控制的優點包括：

• 歷史悠久，自1975年面市以來，有大量集成電路控制器可供選擇；
• 固定頻率工作；
• 通過一個容易實現的反饋補償網絡就可以實現精確控制;
• 所有模擬信號都遠離功率開關管，因此具有很好的抗噪聲能力；
• 能夠提供一個低阻抗的電壓源輸出。

事物都有兩面性，電壓模式控制也有一些局限性：

• 響應時間受限于輸出濾波器中的雙極點，并需要將控制帶寬限制在遠低于開關頻率處；
• 輸出電容的參數會影響補償；
• 負載變化，系統從CCM變換到DCM時也會影響穩定性；
• 環路增益隨VIN變化，但可通過使用電壓前饋使斜坡斜率與VIN成比例，并因此簡化環路補償計算。