電流模式控制
電流模式控制（CMC）是開關電源中廣泛使用的一種控制策略，其核心思想是通過內環電流反饋和外環電壓反饋共同調節占空比。相比電壓模式控制，CMC具有更快的動態響應和更好的穩定性，但也存在一些固有缺點。
原理
以buck為例，架構如下
控制結構（雙環結構）
- 內環：電流環，實時檢測電感電流或開關管電流，與電流參考值（由外環生成）比較，生成PWM占空比。
- 外環：電壓環，檢測輸出電壓，通過誤差放大器生成電流參考信號（通常為補償后的電壓誤差信號）。
工作流程
- 輸出電壓采樣：通過分壓電阻得到VFB，與基準電壓比較，經過EA輸出Vc（這個就是電流環的參考信號）。
- 電感電流檢測：這里就有些區分了，可以檢測峰值，平均值，谷底，但原理都是檢測電感電流。
- 峰值電流模式：檢測開關管，如高邊MOSFET導通時的電流峰值。
- 平均電流模式：通過低通濾波或積分電路獲取電感電流平均值。
- 谷底電流模式：在低邊MOSFET導通期間或電感電流下降階段，檢測電流的最小值。
- PWM調制：電流檢測信號Vcs與Vc比較，決定占空比D；當Vcs達到Vc，關閉開關管，實現逐周期限流。
優缺點
優點
- 更快的動態響應：電流內環直接控制電感電流，對負載瞬變響應更快。電壓外環僅需調節電流參考，帶寬要求較低。
- 自動限流保護：逐周期電流檢測，天然防止過流，無需額外保護電路。
- 更好的環路穩定性：電流環將LC濾波器的二階系統降為一階，簡化補償，通常只需Type II補償。
- 輸入電壓擾動抑制：電流環自動抵消Vin變化的影響，無需前饋補償。
缺點
- 次諧波振蕩（占空比 > 50% 時）：需斜率補償（Slope Compensation），否則可能不穩定。
- 電流檢測噪聲敏感：電流采樣信號易受開關噪聲干擾，需謹慎布局和濾波。
- 輕載穩定性問題：在DCM下，電流環失效，需特殊處理，如強制進入CCM或跳頻模式。
- 復雜性和成本：需高精度電流檢測電路，如低邊MOSFET Rdson、專用電流傳感器。
應用場景
CMC適用于以下應用：
- 高動態負載場合：如CPU/GPU供電，快速變化的電流需求。
- 寬輸入電壓范圍：如汽車電子的12V-24V系統、工業電源。
- 需要精確限流的應用：如電池充電器、LED驅動。
- 多相并聯電源：CMC易于均流，如服務器VRM。
設計注意事項
電流檢測設計
以峰值電流舉例，舉例說明不同采樣方式及優缺點：
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低邊MOS的Rdson：以下管mos的Rdson作為電流采樣元件，Vds=IL*Rdson，這個電壓被放大后與內部參考做比較。其特點是成本低，但溫漂大，要校準，如TI的TPS543。典型應用于工業電源、嵌入式系統（12V→3.3V/5V轉換）。
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外部分流電阻：通過檢測開關管S極與GND之間的電流采樣電阻電壓，其特點是精度高，但增加損耗。典型應用flyback、forward、boost等。
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電流互感器：這個比較少，成本高，適用于高頻大電流，如LLC諧振，常用于服務器電源，TV電源等大功率。我找了NCP1380，跟上面的分流電阻一樣，將CT次級電流轉為電壓信號，內部比較器用這個電壓信號實現OCP、ZCD。
PCB布局要點：
- 電流檢測路徑盡量短，避免開關噪聲耦合。
- 使用差分走線減少共模干擾。
次諧波震蕩
Slope Compensation，可以看到上面的框圖中有個Slope Comp，這個是什么呢？這里得提到另外一個概念，次諧波震蕩，這個問題可以說是CMC特有的。次諧波震蕩表現為：電感電流或輸出電壓在開關頻率的1/2、1/3等分頻點處出現周期性波動，導致系統失控。 有點玄乎，我們來看看幾個關鍵點。
什么是電感電流擾動？比如系統中出現了負載突變，使得電感電流突然增大。
在什么工作模式容易出現？峰值電流檢測的CMC。
這個時候的頻率是固定的嗎？對的，用峰值電流檢測，產生的信號通過與FB的電壓信號對比，產生固定的PWM調制信號。
好了，開始分析：在低占空比，小于0.5。如下圖藍色部分是正常的，紅色是出現擾動后的，出現了ΔI，注意現在我們是峰值電流檢測，當電感電流IL達到A點時，（相較于沒有擾動，是提前達到Vc的），MOS關閉，進入續流，因為是提前達到Vc的，所以放電的周期就變大了，而放電的斜率是不變的，所以B點下移，再次導通，因為B點低，達到C點的時間就拉長，C點也就滯后了，同理，經過幾個周期后，越來越靠近穩定波形，是能夠自行調控使得系統穩定的。
當占空比大（大于0.5），如下圖，電感電流上移，先到了A點，開始放電，等下一個導通，使得B點下移（這個很容易理解吧？先到先放電，放電時間長了，斜率一樣的，肯定先放的值低），這個時候收到了系統指令，充電mos打開，上升斜率是一樣的，值低的需要花更長的時間到達Vc，后面發現，因為占空比大，放電時間沒有了，很短，還沒放一點點又收到系統指令要充電了，這就導致了占空比一會大一會小，從而形成次諧波震蕩。BC長CD短，DE短EF又長。
怎么去解決這個問題呢？要是有種辦法，可以使得Vc的值可以變化，不是固定的，先到的，放電時間長一點，后到的放電時間短一點，是不是跟占空比小的情況類似，那么需要把Vc做成一個鋸齒波的形狀，這就是斜率補償。
實現方法：在電流檢測信號上疊加固定斜率斜坡，通常為電感電流上升斜率的50%~100%。
好了，更深的暫時不懂了，先到這里吧，其實對于應用工程師了解是怎么回事就可以，因為很多芯片都集成到里面了。
輕載和DCM
前面說到的DCM問題：電流環在電感電流斷續時失效，可能導致振蕩。
解決方法：
- 強制進入CCM，如增加假負載。
- 采用脈沖跳躍（Pulse Skipping）或突發模式（Burst Mode）。
檢測模式的優缺點
最后來總結下不同電流檢測方式的優缺點吧
峰值電流模式
優點：
- 逐周期限流：天然防止過流，無需額外保護電路。
- 動態響應快：直接控制電流峰值，對負載瞬變響應迅速。
- 簡化補償：電流環將系統降為一階，電壓環只需Type II補償。
- 輸入電壓擾動抑制：自動抵消變化的影響。
缺點：
- 次諧波振蕩：占空比 D>50%時需斜率補償（Slope Compensation）。
- 噪聲敏感：峰值電流檢測易受開關噪聲干擾（需濾波但可能延遲響應）。
- 輕載不穩定：在DCM下電流環失效，可能需強制CCM或跳頻模式。
適用：高動態負載（如CPU/GPU供電）、Boost/Buck-Boost拓撲
平均電流模式
優點：
- 更平滑的電流控制：適用于對電流紋波敏感的應用，如PFC、精密電源。
- 無次諧波振蕩問題：無需斜率補償，適用于任意占空比。
- 抗噪聲能力強：平均濾波減少開關噪聲影響。
缺點：
- 響應速度較慢：因低通濾波引入延遲，動態性能略遜于峰值模式。
- 復雜度高：需額外的電流誤差放大器，增加補償設計難度。
- 成本較高：可能需要高精度電流傳感器。
應用：功率因數校正（PFC）、LED驅動、電池充電器等需要精確電流控制的場合。
谷底電流模式
優點：
- 天然抗噪聲：谷值檢測時開關節點（SW）電壓穩定，噪聲干擾小。
- 適合低占空比：在 D<50% 時穩定性好（如Buck低壓輸出）。
- 輕載效率高：易于實現DCM模式優化（如谷值跳躍）。
缺點：
占空比受限：D>50% 時可能不穩定（需特殊處理）。
動態響應較慢：因谷值檢測滯后于峰值事件。
檢測電路復雜：需精確同步谷值時刻。
適用：低輸出電壓Buck轉換器（如手機PMIC）、輕載高效應用（如IoT設備）。
滯環電流模式
是不是覺得很奇怪？為什么這里也有滯環，其實這個是對其調制方式分類的一個說法，用以區分固定頻率的PWM調制，滯環的窗口是電流那就歸入CMC，滯環判斷的窗口是電壓，那就歸入VMC。
檢測點：設定電流上限和下限（滯環窗口），電感電流在窗口內波動。
特點：
- 無需補償，響應極快，但頻率不固定（變頻控制）。
- 適用于對瞬態響應要求極高的場景（如射頻電源）。
總結，最后再做個特性對比
| 特性 | 峰值電流模式 | 平均電流模式 | 谷底電流模式 |
|---|---|---|---|
| 檢測點 | 電流上升峰值 | 電流平均值 | 電流下降谷值 |
| 是否需要斜率補償 | 是（D>50%） | 否 | 通常否（D<50%） |
| 動態響應 | 最快 | 中等 | 較慢 |
| 抗噪聲能力 | 弱 | 強 | 中等 |
| 輕載穩定性 | 差（需DCM處理） | 中等 | 優（適合DCM） |
| 適用拓撲 | Buck/Boost/Buck-Boost | PFC、精密電源 | 低壓Buck、低占空比 |
| 復雜度 | 低 | 高（需電流誤差放大器） | 中等 |
