二 D-CAP自适应导通时间控制

现在讲第二部分

新一代控制模式

D-CAP 自适应导通时间的控制

这一章节里我们将会详细地解释

D-CAP 控制模式里面的工作机理

我们首先可以看到

产生 D-CAP 的自适应导通时间的控制

这一部分最重要的地方就是

Ton 的时间控制

也就说对于 D-CAP 控制模式的 DC-DC

和传统模式的 DC-DC

它的占空比或它的开关频率

实际上是由内部的 RC 网络

或者说 RC 的振荡网络所决定的

同时它的占空比和传统意义上面的

或传统 Buck 模式下面的占空比是有所区别的

首先我们可以看到它是由一颗电阻和一颗电容组成

利用电阻和电容的这个充放电时间常数

从而使得开关频率能够得到体现

那我看到在这个翻转比较器的内部结构

可以看到我的 C 上面的电压和 VOUT 上面的电压是一样的

我可以通过我的电容上面的充电或者放电

从而使得我的 VOUT 和我的开关节点上面的电压

能够产生一定程度上的关联

因此可以推导出 VSW 实际上和 VIN 是一样的

当上开关管导通的时候

加载在 VSW 也就是上管和下管的公共的连接节点了

这点电压就等于 VIN

我们就可以得到右边的这个等式

右边的这个等式实际上就是利用 RC 的网络来进行推导

那么经过一段推导之后可以看到

我的开关频率实际上是等于时间常数的倒数

时间常数的倒数仅仅是在连续导通模式下

也就是 CCM 模式下才会成立的

关于这一点，我在后面会再更加详细地阐述

在这一点，我们只需要知道

它的开关频率是由 RC 时间常数的倒数所决定的

它的占空比实际上是由我的 TON

所谓的我的时间常数所推导出来的这个导通时间

决定了我的 TON 的时间

注意，在这个拓扑结构里面

或者这个控制机理里面

TON 的绝对时间是确定的

它是不随我的输出负载变化而变化的

所以一定要记住

就是采用 D-CAP 这种控制机理的 DC-DC

它是和传统的 DC-DC 是不一样的

可以看到这一页是解释了

我的开关管什么时候导通什么时候关断

首先我的导通是由我刚才说的 RC 的时间常数来决定的

也就是 TON 的时间是固定的

一旦打开之后

我的电感就开始充电

我的 TON 由于刚才我说它是固定的时间

所以当它到达了固定的时间之后

就开始放电

下管导通持续放电

一直放到什么时候为止呢？

一直放到到 VREF 的这个阈值的时候为止

所以可以看到这个时候的占空比就等于

TON 比上 TON 加上 TOFF 的时间

所以在这里的话

我的 TON 和 TOFF 是相对稳定的

换句话说，因为 TON 是固定的

而 TOFF 时间是不固定的

只有当输出的电压和负载具有确定的常数的时候

我的这个 TOFF 时间才是稳定的

换句话说，我的占空比才是稳定的

现在更加详细地去解释

开关频率和负载的对应关系

我们再回忆一下

刚才我说 TON 的时间是由我的 RC 的时间决定的

那么这块只代表的是电感充电的时间

而这一块是代表电感放电的时间

当出现这种波形的时候

实际上是一个临界的波形

也就是在 CCM 和 DCM 交接的时候出现的这种波形

也就是在 CCM 和 DCM 交接的时候出现的这种波形

我们会看到这块

当我的负载电流大于我的临界电流的时候

这个时候开关频率就等于 RC 所设定的频率

也就是实际的开关频率就等于 RC 所设定的频率

那这个时候就是当 IOUT 大于或等于临界电流

还有一种情况

就是当轻载的时候

我的负载电流是小于我的临界电流的

这个时候的开关频率就会出现一个等式

也就是 IOUT 比上 ICRIT

也就是我的临界电流的比值

去乘以开关频率

也就是由 RC 频率所设定的频率

这个时候就是实际的开关频率

所以因此就得到了右边的三个推论

第一就是

只有当负载电流大于或等于电感临界电流的时候

即连续导通模式的时候

开关频率才会和内部的 RC 振荡器设定的频率是一致的

如果当负载电流小于电感的临界电流的时候

实际开关频率是与它们比值是成正比的

所以说就得出最重要的一个推论来

对于采用 D-CAP 这种自适应模式来说的话

它与生俱来就具有轻载、低功耗的特性

因为在轻载的时候

开关频率会远远低于 RC 振荡器所产生的频率

因此它的开关损耗会非常的低

所以它在轻载的时候

那么它的效率会非常高

刚才我在前面已经说了

就是 D-CAP 这种模式所带来的个最大的好处

是复杂的动态响应会非常的出色

那么它是怎么实现的呢？

首先我们可以看到这一块所代表的

是电感的充放电的曲线

我们可以看到

当负载稳定的时候

也就是我的充放电时非常均匀的时候

那这个时候我的脉宽或者说占空比是非常均匀的

现在进入第二阶段

如果负载突然地变大

这个时候，它的 TON 时间不会变

如果想获得更高的功率输出的话

我必然会缩短 TOFF 时间

也就是说占空比会变大

占空比变大的一个最好结果就是

输出功率会相应的提高

所以可以看到脉宽不变

但是频率提高了

也就说在负载发生急剧变化的时候

可以通过迅速提高开关频率

而增大我的占空比

从而实现我的高能量的输出的这么一个要求

当负载发生固定了

也就是说我的负载突然增大之后又稳定下来

那么可以看到开关频率逐步逐步地又开始慢下来

因此这一块是一个均匀的过程

当我的负载突然的变轻了

可以看到充电时间虽然不变

可是放电时间被无限的延长

也就是占空比变小了

那么变小所带来的一个结果

就是输出功率变小

从而稳定轻载的时候

或者负载突然变轻的时候的这种工作过程

现在讲第二部分

新一代控制模式

D-CAP 自适应导通时间的控制

这一章节里我们将会详细地解释

D-CAP 控制模式里面的工作机理

我们首先可以看到

产生 D-CAP 的自适应导通时间的控制

这一部分最重要的地方就是

Ton 的时间控制

也就说对于 D-CAP 控制模式的 DC-DC

和传统模式的 DC-DC

它的占空比或它的开关频率

实际上是由内部的 RC 网络

或者说 RC 的振荡网络所决定的

同时它的占空比和传统意义上面的

或传统 Buck 模式下面的占空比是有所区别的

首先我们可以看到它是由一颗电阻和一颗电容组成

利用电阻和电容的这个充放电时间常数

从而使得开关频率能够得到体现

那我看到在这个翻转比较器的内部结构

可以看到我的 C 上面的电压和 VOUT 上面的电压是一样的

我可以通过我的电容上面的充电或者放电

从而使得我的 VOUT 和我的开关节点上面的电压

能够产生一定程度上的关联

因此可以推导出 VSW 实际上和 VIN 是一样的

当上开关管导通的时候

加载在 VSW 也就是上管和下管的公共的连接节点了

这点电压就等于 VIN

我们就可以得到右边的这个等式

右边的这个等式实际上就是利用 RC 的网络来进行推导

那么经过一段推导之后可以看到

我的开关频率实际上是等于时间常数的倒数

时间常数的倒数仅仅是在连续导通模式下

也就是 CCM 模式下才会成立的

关于这一点，我在后面会再更加详细地阐述

在这一点，我们只需要知道

它的开关频率是由 RC 时间常数的倒数所决定的

它的占空比实际上是由我的 TON

所谓的我的时间常数所推导出来的这个导通时间

决定了我的 TON 的时间

注意，在这个拓扑结构里面

或者这个控制机理里面

TON 的绝对时间是确定的

它是不随我的输出负载变化而变化的

所以一定要记住

就是采用 D-CAP 这种控制机理的 DC-DC

它是和传统的 DC-DC 是不一样的

可以看到这一页是解释了

我的开关管什么时候导通什么时候关断

首先我的导通是由我刚才说的 RC 的时间常数来决定的

也就是 TON 的时间是固定的

一旦打开之后

我的电感就开始充电

我的 TON 由于刚才我说它是固定的时间

所以当它到达了固定的时间之后

就开始放电

下管导通持续放电

一直放到什么时候为止呢？

一直放到到 VREF 的这个阈值的时候为止

所以可以看到这个时候的占空比就等于

TON 比上 TON 加上 TOFF 的时间

所以在这里的话

我的 TON 和 TOFF 是相对稳定的

换句话说，因为 TON 是固定的

而 TOFF 时间是不固定的

只有当输出的电压和负载具有确定的常数的时候

我的这个 TOFF 时间才是稳定的

换句话说，我的占空比才是稳定的

现在更加详细地去解释

开关频率和负载的对应关系

我们再回忆一下

刚才我说 TON 的时间是由我的 RC 的时间决定的

那么这块只代表的是电感充电的时间

而这一块是代表电感放电的时间

当出现这种波形的时候

实际上是一个临界的波形

也就是在 CCM 和 DCM 交接的时候出现的这种波形

也就是在 CCM 和 DCM 交接的时候出现的这种波形

我们会看到这块

当我的负载电流大于我的临界电流的时候

这个时候开关频率就等于 RC 所设定的频率

也就是实际的开关频率就等于 RC 所设定的频率

那这个时候就是当 IOUT 大于或等于临界电流

还有一种情况

就是当轻载的时候

我的负载电流是小于我的临界电流的

这个时候的开关频率就会出现一个等式

也就是 IOUT 比上 ICRIT

也就是我的临界电流的比值

去乘以开关频率

也就是由 RC 频率所设定的频率

这个时候就是实际的开关频率

所以因此就得到了右边的三个推论

第一就是

只有当负载电流大于或等于电感临界电流的时候

即连续导通模式的时候

开关频率才会和内部的 RC 振荡器设定的频率是一致的

如果当负载电流小于电感的临界电流的时候

实际开关频率是与它们比值是成正比的

所以说就得出最重要的一个推论来

对于采用 D-CAP 这种自适应模式来说的话

它与生俱来就具有轻载、低功耗的特性

因为在轻载的时候

开关频率会远远低于 RC 振荡器所产生的频率

因此它的开关损耗会非常的低

所以它在轻载的时候

那么它的效率会非常高

刚才我在前面已经说了

就是 D-CAP 这种模式所带来的个最大的好处

是复杂的动态响应会非常的出色

那么它是怎么实现的呢？

首先我们可以看到这一块所代表的

是电感的充放电的曲线

我们可以看到

当负载稳定的时候

也就是我的充放电时非常均匀的时候

那这个时候我的脉宽或者说占空比是非常均匀的

现在进入第二阶段

如果负载突然地变大

这个时候，它的 TON 时间不会变

如果想获得更高的功率输出的话

我必然会缩短 TOFF 时间

也就是说占空比会变大

占空比变大的一个最好结果就是

输出功率会相应的提高

所以可以看到脉宽不变

但是频率提高了

也就说在负载发生急剧变化的时候

可以通过迅速提高开关频率

而增大我的占空比

从而实现我的高能量的输出的这么一个要求

当负载发生固定了

也就是说我的负载突然增大之后又稳定下来

那么可以看到开关频率逐步逐步地又开始慢下来

因此这一块是一个均匀的过程

当我的负载突然的变轻了

可以看到充电时间虽然不变

可是放电时间被无限的延长

也就是占空比变小了

那么变小所带来的一个结果

就是输出功率变小

从而稳定轻载的时候

或者负载突然变轻的时候的这种工作过程