主控制环路是自适应导通时间脉宽调制 (PWM) 控制器，支持专有 D-CAP3 控制模式。D-CAP3 控制模式将自适应导通时间控制与内部补偿电路相结合，在使用低 ESR 和陶瓷输出电容器时，实现伪固定频率和较少的外部元件数配置。即使输出端几乎没有纹波，D-CAP3 控制模式也很稳定。TPS51375 还包含一个误差放大器，可使输出电压变得非常准确。

在每个周期的开始，高侧 MOSFET 将开启。内部一次性计时器到时后，此 MOSFET 将关闭。这个一次性计时器持续时间是根据转换器输入电压 V_IN 按比例设置的，它与输出电压 V_OUT 成反比，以便在输入电压范围内保持伪固定频率，因此称为自适应导通时间控制。当反馈电压降至基准电压之下时，一次性计时器将复位，高侧 MOSFET 将再次导通。向基准电压添加了内部纹波生成电路来模拟输出纹波。此操作支持使用 ESR 非常低的输出电容器，例如多层陶瓷电容器 (MLCC)。D-CAP3 控制拓扑不需要外部电流检测网络或环路补偿。

对于任何内部补偿的控制拓扑，它可以支持一系列输出滤波器。与 TPS51375 搭配使用的输出滤波器是一个低通 L-C 电路。此 L-C 滤波器具有方程式 1 中计算出的双极点频率。

在低频率下，整体环路增益是由外部输出设定点电阻分压器网络和 TPS51375 的内部增益设定的。低频 L-C 双极点具有 180 度滞后相位。在输出滤波器频率下，增益以每十倍频程 –40dB 的速率滚降，且相位快速下降。内部纹波生成网络引入了中频零点，可将增益滚降从每十倍频 –40dB 降低到 –20dB，并将相位增加到零点频率之上每十倍频程 90°。为输出滤波器选择的电感器和电容器必须确保双极位置足够靠近中频零点，以便由该中频零点提供的相位提升可提供足够的相位裕度来满足稳定性要求。整个系统的交叉频率通常必须低于开关频率 (F_SW) 的三分之一。