降壓穩壓器可以有效地將未經穩壓的高輸入電壓步降為穩定的輸出電壓。在輸入電壓較高的直流變換應用中，降壓穩壓器相對于線性穩壓器轉換效率要高得多。但是，在要求高輸入輸出降壓比的應用中，使用降壓穩壓器對脈寬調制(pwm)控制器會提出更高的要求。因為降壓穩壓器開關的占空比大致等于輸入輸出電壓比(vout/vin)，具有高輸入輸出電壓比的降壓直流變換器必須控制非常窄的pwm脈沖。

    為了減小電感和電容的尺寸，降壓穩壓器的開關頻率通常會設置得很高。高開關頻率和低占空比意味著控制器的脈沖寬度會非常小。例如，一個輸入、輸出電壓分別為66v和3.3v的降壓穩壓器，降壓開關占空比大約為5％。在典型的300khz開關頻率下，降壓開關的pwm脈沖寬度僅僅為166ns。

    圖1：使用電流模式控制的降壓穩壓器。

    降壓穩壓器的控制方式或電路拓撲包括電壓模式(vm)控制方式、電流模式(cm)控制方式、遲滯控制方式和恒定導通時間(cot)控制方式。由于電流模式控制方式可以很容易地實現環路補償、fet開關保護以及固有前饋補償，因此深受電源設計者歡迎。

    遲滯控制器和恒定導通時間控制器對負載瞬態變化的響應更迅速，但是它們工作的開關頻率不恒定。恒定導通時間控制是一種變化了的遲滯控制，它減少了開關頻率的變化，提高了穩定性。

    電流模式控制

    專為高輸入輸出電壓步降比設計的降壓穩壓器芯片，在非常窄的占空比工作條件下，必須具備強大的抗干擾性能。在電流模式電路拓撲中，挑戰在于電感電流的測量和調節。圖1給出了電流模式降壓穩壓器的框圖。通過監控輸出電壓，并與參考電壓比較，從而產生一個誤差信號并輸出到pwm比較器。調制斜坡信號與降壓開關電流的大小成比例。當降壓開關導通時，電感電流將通過，其電流斜率為(vin－vout)/l。對降壓開關電流進行快速、準確的測量是產生pwm斜坡信號的必要條件。

    傳輸延時和開關的瞬態變化使得電流模式控制在導通時間很短的高轉換比應用中變得困難。即使在最優秀的設計實踐中，電流檢測和電平移位電路都會帶來明顯的傳輸延時。此外，當降壓開關導通時，流入高速二極管(d1)中的反向恢復電流將產生自振周期延長的前緣電流尖峰(見圖2)。該尖峰將造成pwm比較器的誤判。濾除這個前緣尖峰將會減小降壓開關的最小可控導通時間。

    圖2：模擬電流模式穩壓器。

    模擬電流模式控制

    為了實現快速、準確地測量電流所面臨的挑戰難題可以由一種新型專利方法解決，這種方法可以模擬出降壓開關電流而無需實際測量該電流。降壓開關電流波形可以分解為兩部分，基波和斜坡。基波代表電感電流的最小值(波谷)。電感電流的最小值剛好在降壓開關導通前得到。通過在降壓開關導通前對高速二極管電流進行采樣保持，就可以獲得基波電流信息。

    降壓開關電流波形的另一部分是到波峰的正斜坡。斜坡電流的斜率為di/dt=(vin－vout)/l。與這個斜坡電流等價的信號可以由一個與vin－vout成比例的電流源和一個電容(cramp)生成。如果電流源(iramp)受輸入輸出電壓差的控制，電容的充電斜率即為dv/dt=k×(vin－vout)/cramp，其中k是電流源比例常數。cramp值的選取應使得電容電壓的上升斜率與電感電流的上升斜率成比例。

    圖2給出了集成降壓穩壓器lm25005的框圖，該穩壓器應用了上述模擬電流模式控制方案。高速二極管的陽極通過控制器接地。使用一個低阻值的電流檢測電阻和一個放大器測量二極管電流。由一個采樣保持電路獲得降壓開關導通前二極管電流的最小值。通過對波谷電流的采樣，就可以在每個周期得到模擬電流檢測信號的基波成份。

    圖3：lm25005降壓穩壓器原理圖。

    lm25005檢測輸入和輸出電壓，從而產生一個對外部斜坡電容(cramp)充電的電流源。當降壓開關導通時，在每個周期內電容電壓都線性上升。當降壓開關關閉時，電容放電。為了正常工作，電容的大小應該與降壓電感的大小成比例。lm25005將采樣電流基波和外置斜坡