作者：许崇为，杨令，韩志超，刘跃智

 便携式消费类电子产品的深入发展对电源的要求越来越高，     电流      模DC—DC转换器具有输入范围宽、转化效率高、输出功率大等优点，被广泛应用于智能手机，PDA等便携式电子产品中。由于这些移动设备的功能的不断丰富，要求负载电流的动态范围也越来越大，这就对供电电源的稳定性提出了更高的要求。

近年来，许多改善电流模DC—DC瞬态响应方案被提出。例如文献提出在补偿     电路   引入新的零点和极点来抵消控制环路的零极点。虽然文中的转换器获得了足够的相位裕度，但这种设想并没有得到实验的验证。文献提出了一种针对线性稳压器的零极点跟踪频率补偿，但由于控制策略不同，这种方法并不适合脉冲宽度调制（PWM）的控制环路。文献提出了一种数字控制方案，但设计芯片的模数转换部分开销较大。本文在分析电流模Buck型DC—DC环路稳定性的基础上提出了一种新颖的控制策略。用采样电路采样     电感   电流，将所得值与一系列基准电压进行比较，所得比较结果控制误差     放大器   输出级和补偿     电阻   。这样就实现了系统的主极点和主零点动态地随负载电流调整。

1电流模Buck型DC—DC环路稳定性分析

从图1中Buck型DC—DC的拓扑结构来看，输入电压Vin到输出电压Vout之间经历了一个LC滤波网络。假设电感和     电容   是理想情况，得出该滤波网络的传输函数

由等式（2）可见LC滤波网络存在共轭双极点。小信号时，电流流经该     滤波器   会在共轭双极点处发生180°相移，从而导致系统振荡。

DC—DC控制方式分为电压模和电流模两种。电压模控制方式适用于高频系统中，抗噪性好。但电压模控制方式的缺点是环路补偿复杂，且系统的瞬态响应差。电流模控制方式是在原电压控制环的基础上添加了一个电流控制环，实现双环控制。用采样电路对电感电流进行峰值采样，将采样的结果与误差放大器的补偿端进行比较，比较结果用于调节     开关   信号的占空比，实现系统稳定的输出。由于调整信号没有经过LC滤波器，避免了LC滤波器的共轭双极点带来的困扰。

通过对图1进行小信号建模得出，在忽略输出电容寄生效应的前提下，要使系统输出稳定，必须在补偿模块中出现一个极点和一个零点，其中极点尽可能靠近原点，零点用于补偿位于输出级的极点，从而使整个系统成为一个稳定的单极点系统。图2所示的由误差放大器和电阻电容组成的补偿网络可以实现这一要求。图2（b）为图2（a）的小信号模型。

其中，r0为误差放大器的输出     阻抗   ;RCCc为补偿电阻和补偿电容;AV为运放开环增益。添加补偿网络后，系统的频率响应曲线如图3所示。误差放大器将ωp1往前推，作为主极点。同时引入了一个零点ωz，补偿了位于次主极点损失的相位裕度，使系统成为一个稳定的单极点系统。ωp2为位于输出端的次主极点。由负载电阻和输出电阻决定。

2改进的误差放大器设计

在电流模Buck型DC—DC系统中，误差放大器作为反馈回路检测输出负载变化的信息，并反映到系统中去。从式（4）得到误差放大器的输出阻抗，确定系统主极点的位置，从而得出环路的瞬态响应。

当要求系统的负载电流变化范围较大且较快速时，通常设置的零极点由于不能随着负载电流的变化而做出调整，使系统的带宽被限定在某一固定值，从而影响系统的瞬态响应。设想如果系统的零极点位置随着负载电流的变化而动态调整时，系统的相位裕度就会较固定，从而改善系统在负载电流变化情况下的瞬态响应。