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ZHCSPB0B April 2023 – September 2025 LM5171-Q1

PRODUCTION DATA

图 8-1 显示了降压模式下每个相位的电流环路方框图。V_HV 为输入，而 V_LV 为输出。

图 8-1 降压环路方框图

首先设计内部电流环路。降压模式的平均电流模式控制环路可在图 8-2 中建模。

图 8-2 电流环路方框图

降压模式占空比 (d) 到通道电感器电流 (i_Lm) 传递函数由下式确定：

方程式 16.

G_{i d_B K} (s) = \frac{{\hat{i}}_{L m}}{\hat{d}} = \frac{V_{H V}}{R_{O U T_B K}} \times \frac{1 + \frac{s}{ω_{Z_i l_B K}}}{1 + \frac{s}{ω_{0_B K} \times Q_{B K}} + \frac{s^{2}}{ω_{0_B K}^{2}}}

其中

方程式 17.

R_{O U T_B K} = \frac{V_{L V}}{n_{p} {\times I}_{L m a x}}

方程式 18.

ω_{Z_i l_B K} = \frac{1}{R_{O U T_B K} \times C_{O U T_B K}}

方程式 19.

ω_{0_B K} = \frac{1}{\sqrt{L_{m} \times C_{O U T_B K}}}

方程式 20.

Q_{B K} = \frac{1}{ω_{0_B K}} \times \frac{1}{\frac{L_{m}}{R_{O U T_B K}} + (R_{E S R_B K} + R_{C S} + R_{S}) \times C_{O U T_B K}}

图 8-3 显示了升压模式下的电流环路方框图。V_LV 为输入，而 V_HV 为输出。

图 8-3 升压环路方框图

如图 8-2 所示，升压模式与降压模式的平均电流模式控制环路相同。但是，升压功率级的传递函数 G_id(s) 和 G_vd(s) 与降压功率级的传递函数不同。

升压模式占空比 (d) 到通道电感器电流 (i_Lm) 传递函数由下式确定：

方程式 21.

G_{i d_B S T} (s) = \frac{{\hat{i}}_{L m}}{\hat{d}} = \frac{2 \times V_{L V}}{{D'}^{3} \times R_{O U T_B S T}} \times \frac{1 + \frac{s}{ω_{Z_i l_B S T}}}{1 + \frac{s}{ω_{0_B S T} \times Q_{B S T}} + \frac{s^{2}}{ω_{0_B S T}^{2}}}

其中

方程式 22.

D' = \frac{V_{L V}}{V_{H V}}

方程式 23.

R_{O U T_B S T} = \frac{{V_{H V}}^{2}}{V_{L V} \times I_{L m a x}}

方程式 24.

ω_{Z_i l_B S T} = \frac{2}{R_{O U T_B S T} \times C_{O U T_B S T}}

方程式 25.

ω_{0_B S T} = \frac{D'}{\sqrt{L_{m} \times C_{O U T_B S T}}}

方程式 26.

Q_{B S T} = \frac{D'}{ω_{0_B S T}} \times \frac{1}{\frac{L_{m}}{D' \times R_{O U T_B S T}} + \frac{(R_{C S} + R_{S}) \times C_{O U T_B S T}}{D'} + R_{E S R_B S T} \times C_{O U T_B S T}}

当我们选择电流环路交叉频率为开关频率的 1/6 时，将会简化 G_{id_BK}(s)。对于分子，s×R_{OUT_BK}×C_{OUT_BK} 占主导地位。而对于分母，s²/ω_{0_BK}² 占主导地位。方程式 16 简化为：

方程式 27.

G_{i d_B K} (s) = \frac{V_{H V}}{R_{O U T_B K}} \times \frac{1 + \frac{s}{ω_{Z_i l_B K}}}{\frac{s^{2}}{{ω_{0_B K}}^{2}}} = \frac{V_{H V}}{s \times L_{m}}

同样，方程式 21 简化为：

方程式 28.

G_{i d_B S T} (s) = \frac{2 \times V_{L V}}{{D'}^{3} \times R_{O U T_B S T}} \times \frac{\frac{s}{ω_{Z_i l_B S T}}}{\frac{s^{2}}{{ω_{0_B S T}}^{2}}} = \frac{V_{H V}}{s {\times L}_{m}}

在方程式 27 和方程式 28 中，降压和升压模式具有相同的占空比 (d) 到通道电感器电流 (i_Lm) 传递函数：

方程式 29.

G_{i d} (s) = \frac{V_{H V}}{s {\times L}_{m}}

因此，降压电流环路和升压电流环路的补偿器也可共享。