ユーザーは、入力電圧範囲、出力電圧範囲、最大出力電流など、さまざまなパラメータに基づいて目的のタイプを選択します。 この記事では、データシートによく見られる重要な機能である電流モードを紹介し、このモードの長所と短所について説明します。
電流モードレギュレータの説明
図 1 は、電流モード レギュレータの基本的な動作原理を示しています。 ここでは、フィードバック電圧が内部基準電圧と比較されるだけでなく、電源スイッチングに必要な PWM 信号を生成するために使用される鋸歯電圧ランプとも比較されます。 電圧モード レギュレータでは、このランプの勾配は固定されています。 電流モード レギュレータでは、スロープはインダクタ電流に依存し、図 1 に示すスイッチ ノードでの電流測定から計算されます。ここに、電流モード レギュレータと電圧モード レギュレータの違いがあります。 電流モードレギュレータにはいくつかの利点があります。 1 つ目は、インダクタ電流が入力電圧 (図 1 の VIN) の変化に応じて即座に調整されることです。 したがって、入力電圧の変化に関する情報は、出力電圧 (図 1 の VOUT) が入力電圧の変化の検出を追跡する前であっても、制御ループに直接供給されます。
図1. 電流モードレギュレータの基本動作原理。
電流モード制御技術の利点は非常に明白であるため、市場に出回っているほとんどのスイッチング レギュレータ IC は、この電流モード制御の動作原理を使用しています。
もう 1 つの重要な利点は、単純化された制御ループ補償です。 電圧モード レギュレータのボー ダイアグラムは、2 つの極を示しています。 対照的に、電流モード レギュレータは電力段に 1 つのポールのみを生成し、ダブル ポールの 180 度の位相シフトではなく 90 度の位相シフトを生成します。 したがって、電流モード レギュレータを補償する方が簡単で、より安定しています。 図 2 は、標準的な電流モード レギュレータの電力段の簡単な変換関数を示しています。
図 2. 電力段の 1 つのポールのみを示す Porter ダイアグラムを使用して、電流モード制御によって実装された単純化された制御ループ補償。
ただし、前述の利点に加えて、レギュレータには欠点もあります。 スイッチング遷移後、電流モード レギュレータは必要な電流測定をすぐに実行できません。これは、測定がこの時点で実行されると、測定結果に多くのノイズが含まれるためです。 スイッチングによるノイズが弱まるまで、数 nS 待つ必要があります。 この時間をフェージングタイムと呼びます。 これにより、通常、電圧モードレギュレータの最小オン時間よりもわずかに長い最小オン時間になります。 電流モード レギュレータのもう 1 つの欠点は、低調波発振を生成する可能性があることです。 これを図 3 に示します。必要なデューティ サイクルが 50% を超える場合、電流モード レギュレータは短いパルスと長いパルスを交互に切り替えることがあります。 多くのアプリケーションでは、これは不安定であると見なされており、回避する必要があります。 この不安定性を回避するために、図 1 に示すように、生成された電流ランプにランプ補償を追加することができます。これにより、重要なデューティ サイクルのしきい値を 50% を十分に超えるように調整できるため、デューティ サイクルが高くてもサブハーモニック発振が発生しないことが保証されます。
図 3. スイッチング ノード電圧: 電流モード レギュレータによるサブハーモニック発振。
これらの前述の制限 (フェージング時間とその結果のデューティ サイクルの制限によって引き起こされる) でさえ、IC 設計によって回避できます。 たとえば、ローサイド電流検出を使用して、ターンオン時ではなくターンオフ時にインダクタ電流を測定することが 1 つの解決策です。
結論
要約すると、電流モード スイッチング レギュレータの利点は、ほとんどのアプリケーションで欠点を上回ります。 さらに、さまざまな回路の革新と改善によって欠点を回避することができます。 したがって、現在、ほとんどのスイッチング レギュレータ IC は電流モード制御を使用しています。
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