dcdc电路完成恒压和恒流两种工况，为什么使用电压电流双闭环，而不是用分别使用电压环和电流环控制?

要说清楚为啥DCDC变换器做恒压恒流，咱不用单跑一个电压环再单跑一个电流环，而是要弄个“电压电流双闭环”联动起来，这事儿得从头捋。

想象一下，咱们的目标是让这个DCDC变换器既能输出一个稳定的电压，又能根据负载情况，在一个最大值范围内限制电流不至于太大，保护电路。这两种需求，单独来看都挺好理解，但合在一起，就有点门道了。

为啥单独的电压环不行？

电压环好理解，它就是时刻盯着输出电压，看看有没有偏离目标值。如果低了，就加大开关管导通的时间（Duty Cycle），让输出电压升上去；如果高了，就缩短导通时间，让电压降下来。这个过程就像是给水龙头加个自动调节器，让水管里的水压始终保持在一个设定值。

但是，这里有个致命的问题：当负载突然变重，电流需求暴增的时候。 单纯的电压环会怎么反应？它看到电压要跌下去了，第一反应就是拼命加大导通时间。这一下子，输出电流会瞬间变得很大。这就像你突然要把一个大桶的水快速倒出来，电压环拼命开阀门，结果水流一下子涌得老猛了。

这时候，如果你没有一个电流的“刹车”，这个过大的电流可能会烧坏开关管，或者让其他元器件承受不了。尤其是在启动或者负载变化剧烈的时候，这种风险更大。所以，光有一个电压环，在应对快速变化的重负载时，是会出危险的。

为啥单独的电流环也不够？

电流环，顾名思义，就是控制输出电流的。它的目标是让输出电流等于一个设定值。它通过检测输出电流，然后调节开关管的导通时间来控制电流大小。

电流环的优点很明显：它能有效地限制最大电流，提供过流保护。 当负载需要超过设定值时，电流环会立即介入，减小导通时间，把电流“摁住”。这就像是一个安全阀，到了某个压力就不让你再往上加了。

但是，电流环也有它的局限性：它主要关注的是电流的“大小”，而不是输出的“电压水平”。 如果你只想用电流环控制，你可能会设定一个恒定电流输出。这对于某些特定应用（比如LED驱动）是够用的，但对于大部分需要稳定电压输出的场合，仅仅控制电流是不够的。

比如，你设定了一个1A的恒流输出。但如果你的目标是输出一个5V的电压，而实际负载让电流只有0.5A，光靠电流环可能不会去主动“推高”电压。它只会维持在0.5A，电压是多少是多少，甚至可能因为负载的阻抗变化而导致电压不稳。所以，电流环本身并不能直接保证输出电压的稳定。

为什么双闭环才是“王道”？

这就引出了“双闭环”的概念了。它巧妙地结合了电压环和电流环的优点，并且解决了它们各自的不足。咱们可以这样理解：

1. 电压环是“主导者”，但不是唯一的控制者。 它设定了最终想要达到的输出电压目标。
2. 电流环是“守护者”和“加速器”。 它有两个主要作用：
保护作用（限流）： 当负载需求导致输出电流超过一个预设的最大值时（这个最大值是给电流环设定的），电流环会立刻介入，压制电压环的指令，把电流限制住。这就像是在电压环的后面加了一个限速器。
加速作用（快速响应）： 在电压环给出指令，但由于负载变化过快，电压尚未稳定到目标值之前，电流环可以“抢先”响应，快速地把电流调整到能够支撑电压快速恢复到设定值的水平。这就像是电压环给了个方向，电流环先冲过去，为电压的稳定打下基础。

具体是怎么运作的呢？

通常是这样设计的：

电压内环（通常是电流环）： 一个更快的电流环，负责精确地控制开关管的电流纹波，并且有一个比电压环更快的响应速度。它会根据输出电压的误差信号（来自电压外环）来调整其内部的“电流设定值”。简单说，电压环想让电压上去，它就给电流环一个“加大电流”的信号。
电流外环（通常是电压环）： 它负责检测输出电压，并与目标电压进行比较，产生一个电压误差信号。这个误差信号会被送到电流环的“设定点”去。
限流机制： 最关键的是，电流环的设定值不仅仅由电压环提供，还有一个固定的“最大电流设定值”。这样一来，即使电压环为了稳定电压而想要输出更大的电流，电流环也会被这个“最大值”限制住。

举个例子说明这个联动：

假设你的DCDC变换器设定输出12V，最大允许电流2A。

正常工作，负载稳定： 电压环检测到输出12V，误差为零。电流环也按照电压环设定的一个适中的电流值工作，比如1A。一切正常。
负载突然变轻（比如从1A负载变成0.5A）：
电压环检测到电压会升高一点点（因为电流变小了，电源内阻引起的压降变小）。
电压环会发出一个指令，让电流稍微减小一点点，以维持12V。
电流环会根据这个指令，也减小电流设定值。
关键点： 这个电流即使减小，也不会低于电压环可能需要的最小值（比如0.1A），所以电流环的限流（2A上限）和稳压（电压环的指令）都在协同工作。
负载突然变重（比如从1A负载变成2.5A）：
电压环检测到电压要大幅下降。它会立刻发出强烈的指令，让电流增大。
电流环接收到这个指令，试图将电流增大。
关键点来了： 当电流尝试超过2A时，电流环的“限流设定值”就发挥作用了。它会立刻阻止电流继续增大，即便电压环还在拼命“催促”。这样，输出电流就被限制在了2A，保护了电路。电压虽然会因为过载而低于12V，但至少没有炸机。
启动瞬间： 刚启动时，输出电压很低，负载电阻也可能很小。电压环会急切地想要输出高电压，这会转化为一个较大的电流指令。电流环会先响应这个电流指令，但也会受到最大电流限制，从而实现一个受控的软启动，防止浪涌电流损坏器件。

总结一下，为什么要双闭环？

兼顾恒压和恒流： 单独的电压环只能控制电压，单独的电流环只能控制电流。双闭环可以同时满足这两种要求。
提供强大的保护： 电流环的快速响应和限流能力，为电路提供了过流保护，这是电压环单环无法做到的。
提高动态响应： 电流环通常比电压环响应更快。通过将电流环作为内环，可以更好地处理负载的快速变化，使得输出电压能够更稳定地恢复。电压环设定了电流环的目标，而电流环则快速地将电流调整到能支撑电压稳定的水平，并同时起到保护作用。
实现软启动： 在启动过程中，通过电流环的限制，可以避免过大的浪涌电流。

所以，不是说电压环和电流环不能单独用，而是它们各自都有明显的短板。要实现既稳定电压又防止过流的健壮的DCDC变换器，电压电流双闭环是一种更全面、更安全、性能更优越的控制策略。它们就像是团队协作，一个负责设定目标，一个负责执行并实时监控安全，缺一不可。

英飞凌工程师解答时间：DCDC电源一般要求能工作在恒压和恒流两种模式，在控制上有两种常用的实现方式：一种是采用并联式双环控制，在系统中建立两个独立的电压环和电流环。这种控制方式简单稳定，容易设计，稳定时只工作在某个单环控制下，两个控制环不会互相干扰，可以保证很好的恒压和恒流精度。另一种是采用级联式双环控制，当系统工作在恒压模式下时是用双环控制，工作在恒流模式下是用单环控制。

并联式双环控制如下图。

使用两个并联的单环分别实现电路的恒压和恒流功能，电压环PI调节器输出和电流环PI调节器输出均通过一个二极管接到三角波比较器的正输入端，电路工作时，若电压环PI调节器输出UV1小于电流环PI调节器输出UC1，则DV1导通，电路工作在电压环控制模式；反之DC1导通，电路工作在电流环控制模式。这种控制方式下，在稳定工作时，电压环和电流环只有一个环在工作，不会互相干扰。但由于电压环和电流环的调节器输出端接在一起，在恒压和恒流两种工作模式切换过程中，会形成相互干扰，导致电路工作不稳定。

另一种是采用级联式双环控制，如下图。

电压环和电流环串联起来，同样也能实现电路恒压和恒流两种工作方式。当D3导通时，电路工作在恒流模式，此时，电压环不起作用，电路相当于单环控制。当D3截止时，电路工作在恒压模式下，电路采用级联双环控制，电流环作为电压环的内环，电压环PI调节器的输出UV2作为电流环PI调节器的电流基准信号。这种控制方式解决了电路的限流问题，使电路具有最快的限流响应速度。

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