深入了解电压模式与电流模式：比较、联系及其适用条件（一）
发布时间：2020-11-11
来源：罗姆半导体社区 (https://rohm.eefocus.com)
电源输出的控制方式有两种，分别是电流模式和电压模式。在大部分应用中，电源通常作为电压源，即电压保持恒定不变，而电流则从0到满量程变化。这种情况下，电源采用电压控制模式，它会将电压控制在一个固定的输出值，并根据负载情况来调节电流的变化。这两种模式都可以用于控制电源的连续输出，但不能同时使用。通过使用快速响应的调节电路，可以自动切换这两种模式。提供电压模式和电流模式的控制方式，客户可以在任何运行条件下控制电源的最大电压或最大电流输出。
一、电流
电流被科学界定义为单位时间内通过半导体横截面的电量，通常用字母I表示，单位是安培（简称"A"，以法国物理学家安德烈·玛丽·安培命名）。电流也可以理解为电荷在导体中的定向移动。当电源产生电动势时，就形成了电压，并产生了电场力。在电场力的作用下，处于电微安（μA）量级的电流形成。根据电学规定，正电荷定向流动的方向被定义为电流的方向。金属导体中的电流可以用微观表达式I=nesv来表示，其中n是单位体积内自由电子的数量，e是电子的电荷量，s是导体的横截面积，v是电荷的速度。在大自然中，存在着许多承载电荷的载体，例如金属导体中可移动的电子、电解液中的离子、等离子体中的电子和离子、以及强子中的夸克。这些载体的移动形成了电流。
二、电压
电压（也称为电势差或电位差）是用来衡量单位电荷在静电场中因电势差产生的能量差的物理量。它等于单位正电荷在从点A到点B的移动过程中所做的功，电压的方向定义为从高电位指向低电位的方向。国际单位制中电压的单位是伏特（V），常见的单位还包括毫伏（mV）、微伏（μV）、千伏（kV）等。类比于水位高低所造成的水压，电压的概念与之相似。需要注意的是，“电压”一词通常只在电路中使用，“电势差”和“电位差”则适用于所有电现象。
三、电流模式控制
电流模式电路具有频带宽、转换速率高、能量消耗低、高频性能良好等优点，这些优点对于实现VLSI模拟信号处理技术具有极大吸引力。模拟电压模式电路技术已经发展了数十年，具备完善且成熟的电路设计理论，并积累了丰富的设计和应用经验。设计者可以充分利用电压模式电路的成果，将经典电压模式电路直接转换为电流模式，从而为电流模式电路的研究提供了一种简便快捷的方法。如下图所示，基本的电流模式控制使用振荡器作为固定频率时钟，并利用从输出电感器电流中获取的信号替代斜坡波形。
3.1 电流模式控制的优点
通过使用 Vi n - Vo 确定的斜率上升的电感器电流，电流模式控制可以立即响应输入电压的变化，消除了延迟响应和随输入电压变化而发生的增益变化。
由于误差放大器用于控制输出电流而不是电压，输出电感器的影响被降到最低，滤波器只为反馈环路提供单个极点（至少在关注的正常区域内），相较于类似的电压模式电路，简化了补偿并获得了更高的增益带宽。
采用电流模式电路的额外好处包括固有的逐个脉冲电流限制（只需对来自误差放大器的控制信号进行限制），以及在多个电源单元并联时易于实现负载。尽管电流模式提供了令人印象深刻的改进，但这项技术也存在其特定问题，需要在设计过程中加以解决。
3.2 部分缺点
引入了两个反馈环路，增加了电路分析的复杂度。
当占空比大于50%时，控制环路会变得不稳定，除非采用斜坡补偿。
由于控制调制基于从输出电流中获取的信号，功率级中的谐振会将噪声引入控制环路。
变压器绕组电容和输出整流器恢复电流引起的前沿电流尖峰是一个特别令人讨厌的噪声源。
由于使用控制环来实现电流驱动，负载调整速率变差，并且在多路输出时需要耦合电感器以获得可接受的交叉调制性能。
因此，我们可以得出结论：尽管电流模式控制放宽了电压模式控制的许多限制，但同时也给设计师带来了新的挑战。然而，利用最近功率控制技术发展所获得的知识，对于电压模式控制进行重新评估后发现，针对其主要缺点还存在其他校正方法，UCC3570便是业界的研发成果。
重新审视电压模式控制UCC3570对电压模式控制所做的两项主要改进是引入电压前馈和提升频率能力。电压前馈旨在消除输入电压变化对系统的影响，通过使斜坡波形的斜率与输入电压成正比来实现。这种方法实现了对应和校正的占空比调制，无需反馈环路采取额外操作。结果是获得了恒定的控制环路增益，并能瞬时响应输入电压变化。而较高的频率能力则通过使用BiCMOS加工工艺实现，减小了寄生电容并降低了电路延迟。因此，电压模式控制的许多问题得到了缓解，而不会带来电流模式控制的困扰。
关键词：罗姆电源管理
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电源输出的控制方式有两种，分别是电流模式和电压模式。在大部分应用中，电源通常作为电压源，即电压保持恒定不变，而电流则从0到满量程变化。这种情况下，电源采用电压控制模式，它会将电压控制在一个固定的输出值，并根据负载情况来调节电流的变化。这两种模式都可以用于控制电源的连续输出，但不能同时使用。通过使用快速响应的调节电路，可以自动切换这两种模式。提供电压模式和电流模式的控制方式，客户可以在任何运行条件下控制电源的最大电压或最大电流输出。
