3. 峰值电流模式控制原理
峰值电流模式控制（Peak Current Mode Control，PCMC）是数字电源中最常用的控制方式之一。它的核心思想是：电压外环决定电感电流的峰值参考，电流内环在每个开关周期内实时检测电感电流，一旦达到该参考值就立即关断主开关。这种“逐周期峰值检测”机制使电流环天然具备快速限流和输入前馈能力，也让PWM调制从单纯的占空比比较，转变为“时钟置位 + 电流比较复位”的双事件过程。
一、逐周期峰值检测：电流内环的物理本质
在峰值电流模式中，电感电流并不是被平均控制，而是被“峰值”控制。每个开关周期开始时，时钟脉冲将PWM锁存器置位，主开关导通，电感电流从当前值开始上升；当电流采样信号 V_sense 上升到电压环输出的控制电平 V_c 时，比较器翻转，锁存器复位，主开关关断。直到下一个时钟到来之前，开关保持关断，因此每个周期都独立完成一次“检测—比较—复位”。
这种逐周期检测带来两个重要特性：第一，电流限流是瞬时的，不需要等待电压环响应，只要峰值超过 V_c 对应的阈值，本周期立即结束；第二，输入电压变化会被电流环快速抑制，因为输入电压升高会使电感电流上升更快，峰值更早到达，占空比自动减小，从而改善线性调整率。
关键关系：峰值电流 I_pk 与控制电平 V_c 之间满足 V_c = I_pk × R_sense × G_sense。其中 R_sense 为采样电阻，G_sense 为采样增益。数字控制器中，V_c 由电压环PID计算得到，并写入比较器DAC。
二、电流环与电压环双环结构
峰值电流模式控制是一个典型的双环系统。外环为电压环，内环为电流环。电压环采样输出电压 V_o，与参考电压 V_ref 比较后送入数字PID调节器，输出控制量 V_c。这个 V_c 不直接决定占空比，而是作为电流环的峰值参考。电流环则负责在每个开关周期内将电感电流峰值强制跟踪到 V_c。
双环结构的分工非常明确：电压环负责稳态精度和动态响应，电流环负责快速限流和功率级状态跟踪。由于电流环的带宽通常远高于电压环，因此电压环在设计时可以近似把电流环看作一个受控电流源，从而简化补偿器设计。数字实现中，电压环通常在中断中按固定采样率计算，电流环则在每个PWM周期内由比较器硬件或高速ADC+比较逻辑完成。
三、PWM调制机制：置位与复位双事件
在传统电压模式中，PWM由“误差电压与固定锯齿波比较”产生，只有一个比较事件。而在峰值电流模式中，PWM由两个事件共同决定：时钟脉冲置位和电流比较器复位。具体过程如下：
- 时钟发生器输出固定频率的置位脉冲，将PWM锁存器置1，主开关导通。
- 电感电流线性上升，电流采样信号
V_sense同步上升。 - 当
V_sense达到电压环输出V_c时，比较器输出高电平，复位PWM锁存器。 - 主开关关断，电感电流通过续流路径下降，直到下一个时钟脉冲到来。
因此，占空比 D 并不是由 V_c 直接线性决定的，而是由电感电流上升斜率、V_c 以及开关频率共同决定。在连续导通模式（CCM）下，近似有 D = (V_c / R_sense − I_L_valley) / (V_in − V_o) × L × f_sw。这也解释了为什么峰值电流模式存在占空比大于50%时的次谐波振荡问题，需要斜坡补偿。
数字实现提示：在数字电源中，电流比较通常由片上高速比较器完成，DAC输出 V_c 作为比较阈值。MCU在每个PWM周期开始时置位，比较器翻转后通过PWM故障/复位输入关断输出。电压环PID则在较慢的中断中更新 V_c。
四、典型场景与参数配置案例
以一个48V输入、12V输出、20A的同步Buck为例，开关频率 f_sw = 200kHz，电感 L = 10μH，采样电阻 R_sense = 5mΩ，采样增益 G_sense = 10。电压环目标输出 V_o = 12V，额定负载电流 I_o = 20A，电感电流峰值约为 22A。则控制电平 V_c 约为：
V_c = I_pk × R_sense × G_sense
= 22A × 0.005Ω × 10
= 1.10V
若电压环PID输出范围为 0～2.5V，
则 1.10V 对应约 44% 的DAC满量程。
逐周期比较器阈值即由该DAC值实时给出。当负载突增时，输出电压下降，电压环PID输出 V_c 升高，电流峰值参考随之升高，电感电流快速增加，从而提升输出功率。当负载突减时，V_c 降低，峰值参考下降，电流环迅速限制电感电流，避免输出电压过冲。整个过程电流环始终在逐周期工作，响应速度远快于电压环单独作用。
| 环节 | 输入 | 输出 | 时间尺度 | 核心作用 |
|---|---|---|---|---|
| 电压环 PID | V_ref、V_o | V_c | 中慢速（kHz级中断） | 稳态精度、动态调节 |
| 电流比较器 | V_sense、V_c | 复位信号 | 逐周期（ns级） | 峰值检测、快速限流 |
| PWM锁存器 | 时钟、复位 | PWM驱动 | 逐周期 | 置位/复位、占空比生成 |
| 功率级 | PWM、V_in | V_o、I_L | 连续 | 能量传递、滤波 |
五、常见误区与复盘要点
误区一：把 V_c 当作占空比指令。在峰值电流模式中，V_c 是电流峰值参考，不是占空比。占空比由电流上升斜率和 V_c 共同决定，输入电压变化时占空比会自动调整。
误区二：忽略斜坡补偿。当占空比大于50%时，峰值电流模式会出现次谐波振荡。必须在电流采样信号上叠加斜坡补偿，或在数字域对 V_c 做斜率修正。
误区三：电流采样延迟未考虑。实际比较器有传播延迟，采样信号有滤波延迟，会导致峰值电流高于设定值。数字控制中需加入前沿消隐（Leading Edge Blanking）和延迟补偿。
复盘时建议重点检查三点：第一，电流采样信号是否干净，是否存在开关噪声导致误触发；第二，V_c 的DAC更新是否与PWM周期同步，避免异步更新造成占空比抖动；第三，斜坡补偿量是否与电感、开关频率和输入输出范围匹配。只有电流环和电压环协同正确，峰值电流模式控制才能同时获得快速动态响应和可靠的逐周期保护。