D-CAP模式和DCS-control 模式

• 1. 前言
• 2. D-CAP模式
• • 2.1 滯環(huán)控制
  • 2.2 恒定導(dǎo)通時(shí)間控制(COT)
  • 2.3 D-CAP控制
  • 2.4 D-CAP2控制
  • 2.4 D-CAP3控制
• 3.DCS-control模式
• 4.附：電壓電流模式控制框圖

1. 前言

在看TPS54325的手冊(cè)時(shí)，出現(xiàn)了個(gè)D-CAP2模式控制。
在看TPS62150時(shí)，出現(xiàn)了個(gè)DCS-control模式。
以上兩種方式都是在buck的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的，是TI提出的概念，那么相比于常規(guī)的電壓控制和電流控制模式到底有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？

2. D-CAP模式

D-CAP:Direct connection to the output CAPacitor 直接連接到輸出電容。也稱adaptive Constant On-Time 自適應(yīng)恒導(dǎo)通時(shí)間控制。這種控制模式類似滯環(huán)控制的升級(jí)。
那先說(shuō)說(shuō)什么是滯環(huán)控制？

2.1 滯環(huán)控制

滯環(huán)控制，也稱為bang-bang控制，是pwm控制方式的一種。
原理是，直接用輸出電壓與門限電壓比。當(dāng)輸出電壓低于一定值時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，當(dāng)高于一定值時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷。

滯環(huán)控制的特點(diǎn)：

• 控制簡(jiǎn)單
• 響應(yīng)速度快
• 頻率隨輸入輸出變化

2.2 恒定導(dǎo)通時(shí)間控制(COT)

原理：輸出電壓紋波谷值直接與參考電壓進(jìn)行對(duì)比，生成固定的導(dǎo)通時(shí)間脈沖來(lái)導(dǎo)通上管MOSFET。當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間脈沖到期后，上管MOSFET關(guān)斷（且下管導(dǎo)通）。
COT是滯環(huán)控制的一種。

特點(diǎn)：

• 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
• 瞬態(tài)響應(yīng)快，因?yàn)椴皇褂眠\(yùn)放
• 頻率不定

2.3 D-CAP控制

每個(gè)周期開始，高邊mos導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)間由Vin和Vout決定，保持開關(guān)頻率相對(duì)恒定。當(dāng)反饋電壓低于參考電壓時(shí)，高邊mos繼續(xù)保持導(dǎo)通，高邊mos關(guān)掉后，低邊mos導(dǎo)通，當(dāng)電感電流為0時(shí)，低邊mos關(guān)掉。

從下面公式可以看到，當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間與Vin,Vout相關(guān)時(shí)，開關(guān)頻率可基本保持不變，只跟外部的RC有關(guān)。
特點(diǎn)：

• 相對(duì)于COT,開關(guān)頻率相對(duì)恒定
• 不需要環(huán)路補(bǔ)償，瞬態(tài)響應(yīng)快
• 需要大ESR的輸出電容，否則環(huán)路不穩(wěn)定

2.4 D-CAP2控制

由于D-cap是需要輸出電壓紋波的，所以一般需要ESR大的電容，要想在小的ESR的陶瓷電容情況下工作，則需要加入紋波注入。D-cap2相對(duì)于D-cap加入了紋波注入，且集成在芯片內(nèi)部。

下圖是D-cap2的原理框圖。RF和CF用來(lái)將電感上的紋波送到輸出電壓反饋端，Cb用來(lái)隔離直流，將小的交流紋波輸入FB端。

2.4 D-CAP3控制

相對(duì)于D-cap2，D-cap3增加了采樣保持模塊，在每個(gè)CSP的谷值，采樣保持模塊采樣CSP，并保持到開關(guān)的下一個(gè)周期。CSN_NEW代替CSN進(jìn)入FB.

采樣保持的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下。包括兩個(gè)緩沖器（作用是將SH block與外部隔離），5個(gè)開關(guān)，電阻電容等。

特點(diǎn)：

• 響應(yīng)速度快
• 輸出電壓精度高
• 不需要額外的補(bǔ)償電路

下表是幾種控制器類型的總結(jié)。

控制器類型特性

COT	恒定導(dǎo)通時(shí)間
ACOT	自適應(yīng)恒定導(dǎo)通時(shí)間
DCAP	=ACOT
DCAP-2	=ACOT + 內(nèi)部紋波補(bǔ)償
DCAP-3	=ACOT + 內(nèi)部紋波補(bǔ)償 + 提升輸出電壓精度

3.DCS-control模式

DCS-control：Direct Control with Seamless transition into power-save mode. 無(wú)縫轉(zhuǎn)換進(jìn)入節(jié)能模式。
DCS-control本質(zhì)是一種滯環(huán)控制，融合了電壓控制。有兩個(gè)輸入引腳VOS和VFB,VFB電壓反饋引腳用來(lái)跟參考值進(jìn)行比較，VOS用來(lái)直接檢測(cè)輸出電壓。
下面是DCS-control的控制框圖。

基本原理：
對(duì)于高側(cè)mos控制：VOS經(jīng)過專有電路產(chǎn)生鋸齒波，與FB經(jīng)過誤差放大器的輸出比較，輸出控制脈沖，而計(jì)時(shí)器控制脈沖的最小導(dǎo)通時(shí)間，最小導(dǎo)通時(shí)間由Vout,Vin的比率決定。
對(duì)于低側(cè)mos控制：在高側(cè)MOSFET關(guān)閉以后，低側(cè)MOSFET開啟，當(dāng)電感電流衰減至零，或者比較器讓高側(cè)MOSFET再次開啟時(shí)，低側(cè)MOSFET關(guān)閉。施加相應(yīng)的死時(shí)間，以避免MOSFET出現(xiàn)擊穿電流。
DCS-control的特點(diǎn)：

• 瞬態(tài)響應(yīng)快，因?yàn)閂OS沒有受誤差放大器的帶寬的影響，所以反應(yīng)速度快，不影響開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間。
• DCM時(shí)進(jìn)入節(jié)能模式，CCM時(shí)進(jìn)入PWM模式，兩種模式可以平滑的過度。節(jié)能模式，使用持續(xù)最小“導(dǎo)通”時(shí)間的單個(gè)開關(guān)脈沖，把最小能量傳輸至輸出端，從而實(shí)現(xiàn)最小輸出電壓紋波。當(dāng)電感電流非零時(shí)，進(jìn)入PWM模式。因?yàn)橹挥靡环N電路控制兩種模式，所以可以進(jìn)行無(wú)縫轉(zhuǎn)換。

4.附：電壓電流模式控制框圖

電壓控制模式

電流控制模式

參考文獻(xiàn)
《adaptive Constant On-Time (D-CAP?) Control Study in
Notebook Applications》
《High-efficiency, low-ripple DCS-Control? offers seamless PWM/power-save transitions》
《D-CAP? Mode With All-Ceramic Output Capacitor Application》
《Accuracy-Enhanced Ramp-Generation Design for D-CAP3
Modulation》

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的D-CAP模式和DCS-control模式的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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