D-CAP模式中的抖动机制被研究，并先容了一种改进方法。比较抖动性能被提出，通过TPS51124这颗芯片，实现了斜坡补偿的硅办理方案。
1、先容
buck变换器有多种掌握技能。这些掌握方法包括电压模式、电流模式、滞后模式、恒定通断韶光模式、恒定关断韶光模式和自适应通断韶光模式（D-CAP）™ 模式）。电压模式和电流模式都须要环路补偿电路，以实现在宽输入电压范围内的稳定运行，必须根据不同的功率级设计进行重新设计。
此外，这两种掌握模式（电压模式和电流模式）都须要一个高性能的偏差放大器，如图1和图2所示，它可以增加IC的事情电流。这是在轻载运行时实现高效率的一个障碍。
在目前的移动运用市场中，快速瞬态是在最小化输出电容和本钱的同时须要知足的最关键的设计参数之一。
另一个主要需求是轻负载效率，以得到更长的电池运行韶光。为了得到高的轻载效率，电压模式和电流模式都须要改变模式。在固定开关频率的不连续传导模式（DCM）中仿照的二极管模式由于其相对较高的开关损耗而不能知足轻负载效率的哀求。常日，在DCM处利用滞后掌握模式或脉冲频率调制（PFM），以降落开关损耗、栅极驱动损耗，并提高轻负载效率，如图4所示。
这种构造在PFM模式到PWM模式转换期间存在固有缺陷。在模式转换期间，由于比较器切换到偏差放大器，因此转换不平滑，为了得到良好的轻载效率，偏差放大器在跳过模式下在空闲状态下事情。
因此，在模式转换期间，偏差放大器无法对模式变革做出足够快的相应。如图5所示，由于电路唤醒延迟，它会导致额外的电压低落跌落。
图3显示了恒定开启韶光掌握框图。这种掌握方法将输出纹波作为PWM斜坡旗子暗记，与参考电压进行比较，以调节电压，与电压模式和电流模式比较，它具有一些优点。首先，它不须要环路补偿网络，使设计更随意马虎。其次，它可以实现快速的瞬态相应，由于它不再利用偏差放大器进行电压调节。此外，它还可以在轻负载条件下从PFM无缝过渡到重负载条件下的伪PWM模式，如图6所示。然而，开关频率随着输入电压和负载条件的变革而变革，这使得这种掌握模式在便携式运用中没有吸引力。自适应实时掌握（D-CAP™ 模式）能够动态根据输入电压、输出电压和负载电流调度开启持续韶光，以实现相对恒定的频率运行。它不仅继续了上述纹波模式掌握方案的优点，而且在静态运行时保持了相对稳定的开关频率，从而将系统中某些特定频率的敏感频段的EMI滋扰降至最低。图7显示了利用D-CAP的buck变换器的简化框图™ 模式
D-CAP模式意思便是：直接连接到输出电容器
基本事情事理
在每个循环开始时，上管MOSFET（M1）接通。M1在内部一次性计时器过期后关闭。这个一次性韶光由前馈输入电压VIN和输出电压VOUT决定，以在输入电压范围内保持频率相称恒定。因此，它被称为自适应实时掌握。当反馈电压低于参考电压时，M1再次接通。同步整流MOSFET，即下管（M2）在M1处于关闭状态时开启，以最小化传导损耗，当电感电流达到零电流时，M2关闭。这使得在轻载条件下能够无缝过渡到低频运行，从而在大范围的负载电流下保持高效率。
稳定性考虑
常日，回路通报函数是输出电压的函数。如果在D-CAP中™ 模式下，输出电压由PWM比较器直接比较。理论上，比较器的增益和带宽是无限的。因此，来自输出节点的环路增益变得无限大。这意味着利用输出节点电压作为状态变量的回路通报函数是不可导的，也不可丈量。对付稳定性剖析的回路通报函数，可以推导出以固有电容节点电压为状态变量的回路通报函数。
图8显示了D-CAP的大略框图™ 模式DC/DC转换器（这里可以比较图8和图1、图2，紧张差异便是没有补偿电路，而是多了掌握逻辑，通过掌握逻辑去掌握Mosfet的驱动，相称于PWM由数字电路产生）。在稳态下，输出电压由下式给出：
图9显示了电流模式DC/DC转换器的大略框图。在稳态下，传感电阻器前的电压由以下公式给出：
基本上，这两个方程是相同的，不包括荷载的影响。就稳定性而言，这意味着D-CAP™ 模式与电流模式相同，电流模式利用ESR作为传感电阻。
包含电感器的脉宽调制器被线性化为1/RESR的跨导，回路通报函数如下式：
由于状态均匀法的局限性，该方程最多可用于开关频率的一半。通过将0-dB频率设置在开关限定的一半以下，可以实现稳定的充分条件，如下所示。
3到4之间的值适用于K。
D-CAP模式的Jitter
与其他拓扑比较，自适应恒导通掌握在负载暂态性能方面具有很大的上风。然而，其抖动性能仍需优化。它须要最小的输出纹波才能稳定。由于这一哀求，人们对如何减少抖动存在误解。抖动性能是否与纹波的大小直接干系？要回答这个问题，请返回以确定它是如何调节输出电压的。当缩放输出纹波的低落沿低落到参考电压时，上管MOSFET开启。实质上，当上管MOSFET开启时，在输出纹波的低落斜率上添加的噪声将产生影响。如果该噪声显著，则开启边缘抖动也可能显著。
如图10所示，由于输出纹波低落斜率上的噪声，在上管MOSFET的导通边缘可以不雅观察到t0周期的不愿定性。这种不愿定性会导致抖动。从以上剖析可以看出，输出纹波的大小不影响抖动。那么，为什么大多数纹波模式转换器须要最小的输出纹波量？
放大图11中上管MOSFET的开启边缘，通过增加输出纹波的低落斜率，抖动韶光从t0减少到t1。反馈引脚输出纹波的低落斜率由以下方程式描述。
放大图11中顶部MOSFET的开启边缘，通过增加输出纹波的低落斜率，抖动韶光从t0减少到t1。反馈引脚输出纹波的低落斜率由以下方程式描述。个中L是输出滤波器电感，Vo是输出电压。方程5描述了输出电压和电感电流在关断韶光的变革率之间的关系。将L向左移动，并在方程两侧乘以Esr，个中Esr是输出帽的Esr值，供应以下方程。
变换公式：
这里利用的假设是，输出电容足够大，因此输出纹波将仅由纹波电流和输出电容的ESR决定。重新列上面的公式，并将方程式两侧的R2/（R1+R2）相乘，个中R1、R2是图1所示的分压器电阻器。
反馈引脚上比例输出纹波的低落斜率
Sr和输出纹波的大小都与（Esr/L）成正比。然而，为了使纹波模式转换器稳定，主要的不是输出纹波的大小，而是反馈电压的低落斜率。
D-CAP模式的斜率补偿
在剖析D-CAP模式之后，我们选择斜坡补偿来改进抖动性能。
在图12中，反馈引脚上增加了10 mV斜坡补偿。反馈引脚上缩放输出纹波的低落斜率增加，这有助于提高D-CAP™ 模式的抖动性能。下图显示了两种波形，一种带斜坡补偿，另一种不带斜坡补偿。有斜坡补偿的那个显示出了更好的抖动性能。
总结：
D-CAP对付移动运用，在正常运行时开关频率稳定，在跳跃模式到PWM模式之间平稳过渡，瞬态相应快，利用方便，抖动性能改进。
本文翻译自TI的文档《Adaptive Constant On-Time (D-CAP™) Control Study in Notebook Applications》
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