2 LM5190工作机制分析

LM5190 采用峰值电流控制的控制架构，LM5190 峰值电流控制通过直接采样电感峰值电流实现对开关管的精准控制，是其稳定工作的基础。核心控制逻辑是通过 ISNS+ 和 VOUT引脚连接外部采样电阻 Rs，实现对电感电流的实时采样，采样信号经过内部放大器（增益典型值为 10V/V）放大后，与 COMP 引脚输出的补偿电压进行比较——当采样电流达到 COMP 电压对应的电流峰值时，PWM 比较器控制开关管的上管关断、下管导通，完成本次开关周期的控制。控制环路如 图 2-1 红色框选部分所示。

LM5190 通过 FPWM/SYNC 引脚配置两种不同的工作模式，适配不同负载的工作场景。LM5190 data sheet 中描述了当其 FPWM/SYNC 引脚连接到 VCC 时，LM5190 会工作在 FPWM mode；而当 FPWM/SYNC 引脚连接到 AGND 时，LM5190 会工作在 PFM mode。PFM 的工作原理是：COMP 电压与负载电流和电感电流峰值成正比，当负载电流降低导致 COMP 电压小于一定值时，device 会对 COMP 电压进行钳位 ，并同时关断上下管，进入不动作的状态，此时输出电容为负载供电，当输出电压跌落至一定值时，device 会通过 FB 检测到这种跌落，会自动拉高 COMP 值使得上管重新动作，待 COMP 再次跌回此时负载电流对应的钳位值，再次同时关闭上下管，完成一个开关周期。

PFM会极大地改善LM5190在轻载工作时的效率，LM5190分别工作在FPWM和PFM时的效率如 图 2-2 所示 。

理论上，eco mode 的控制逻辑并不复杂，由前述内容知 LM5190 的电感电流峰值与 COMP 电压成正比，当电感电流的峰值小于一定值即 COMP 电压低于一定值时，LM5190 会进入 eco-mode，实测的 LM5190 电感电流峰值和 COMP 电压与负载电流的关系如 图 2-3 所示。可见：

1. 随着负载电流的减小，Vcomp 和 ILpeak 都会减小，对于 LM5190 来说，当 Vcomp 小于 0.3V 左右时会将 Vcomp 钳位在 0.3V，进入 eco-mode 的工作状态。
2. 随着负载降低，ILpeak 会存在几个转折点，比较明显的是在负载电流为 2.251A、1.849A、1.608A 时，在这三个转折点 ，负载电流降低 Vcomp 会随之降低，但是 ILpeak 会先减小再增大，原因是 LM5190 具有 Minimum peak current limit threshold，当 LM5190 的峰值电流小于最小值时 LM5190 会通过降低 CLK 频率的方式增大上管的充电周期以拉高 ILpeak 值，最小的电感电流峰值可由 式1 计算得出。

由图可知，在 LM5190 EVM 的实际测试中，LM5190 所约束的 minimum peak current 约为 2.7A，实际的电感电流纹波可由 式2 计算得到，由该式可知在输出频率不变的情况下，随着 Iload 降低 Ilpeak 会降低，结合 图 2-3 可知，当 Ilpeak 要低于 minimum peak current 即 2.7A 时，LM5190 会通过降低 CLK 频率使 Ilpeak 升高，保持 Ilpeak 钳位在 2.7A，只有在 Vcomp 钳位在 0.3V 完全进入 PFM 后，才会停止这种对 Ilpeak 的补偿，降低其峰值电流控制的峰值。这种补偿机制也是造成后文所述的 LM5190降频、PFM/PWM 混合工作、临界点多峰值电流控制的本质原因。

后续章节将按负载电流从大到小的顺序给出几个典型的转变点的现象并进行分析，第一个转变点到第二个转变点之间，LM5190 表现出典型的降频工作状态，将在第三章对该状态进行介绍；第二个到第三个转变点之间也工作在这种状态；第三个转变点之后，完全进入 PFM 之前，LM5190 工作在 PFM PWM 混合工作的状态，将在第四章对该状态进行介绍；最后在 Vcomp 钳位在 0.3V 后，完全进入 PFM 的工作状态，将在第五章对该状态进行介绍。