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简述开关电源PWM的五种反馈控制模式
[发布时间]:2015年11月24日 [来源]:开关电源 [点击率]:4874
【导读】: 一、引言  PWM开关稳压或稳流电源基本工作原理就是在输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化的情况下,控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈,调节主电路开关器件的导通脉冲宽度,使得开...

 

图2

  当处于空载状态,输出电流为零并且斜坡补偿信号幅值比较大的话,峰值电流模式控制就实际上变为电压模式控制了。峰值电流模式控制PWM是双闭环控制系统,电压外环控制电流内环。电流内环是瞬时快速的,是按照逐个脉冲工作的。
  功率级是由电流内环控制的电流源,而电压外环控制此功率级电流源。在该双环控制中,电流内环只负责输出电感的动态变化,因而电压外环仅需控制输出电容,不必控制LC储能电路。由于这些,峰值电流模式控制PWM具有比起电压模式控制大得多的带宽。峰值电流模式控制PWM的优点是①暂态闭环响应较快,对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快。②控制环易于设计③输入电压的调整可与电压模式控制的输入电压前馈技术相妣美④简单自动的磁通平衡功能⑤瞬时峰值电流限流功能,内在固有的逐个脉冲限流功能。⑥自动均流并联功能。 缺点是①占空比大于50%的开环不稳定性,存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差。②闭环响应不如平均电流模式控制理想。③容易发生次谐波振荡,即使占空比小于50%,也有发生高频次谐波振荡的可能性。因而需要斜坡补偿。④对噪声敏感,抗噪声性差。因为电感处于连续储能电流状态,与控制电压编程决定的电流电平相比较,开关器件的电流信号的上斜波通常较小,电流信号上的较小的噪声就很容易使得开关器件改变关断时刻,使系统进入次谐波振荡。⑤电路拓扑受限制。⑥对多路输出电源的交互调节性能不好。峰值电流模式控制PWM最主要的应用障碍是容易振荡及抗噪声性差。振荡可以来源于:器件开启时的反向恢复引起的电流尖刺,噪声干扰,斜波补偿瞬态幅值不足等。峰值电流模式控制的开关电源容易在开机启动及电压或负载突然较大变化时发生振荡。

  3. 平均电流模式控制PWM (AVERAGE CURRENT-MODE CONTROL PWM):
  平均电流模式控制概念产生于七十年代后期。平均电流模式控制 PWM集成电路出现在九十年代初期,成熟应用于九十年代后期。平均电流模式控制的发展动力有三:一是峰值电流模式控制PWM在应用推广时碰到许多严重问题;二是INTEL公司的高速CPU集成电路需要具有高DI/DT动态响应供电能力的低电压大电流开关电源;三是在八十年代后期平均电流模式控制理论研究上的进展。图3.A所示为平均电流模式控制PWM的原理图。输出电压信号VOUT与基准给定电压VREF的差值经过电压误差放大器E/A放大后得到误差电压VE,它接至电流误差信号放大器CA的同相端,作为输出电感电流的控制编程电压信号VCP(V CURRENT- PROGRAM)。

 

图3.A

图3.B

 而带有锯齿纹波状分量的输出电感电流信号VI接至电流误差信号放大器CA的反相端,代表跟踪电流编程信号VCP的实际电感平均电流。VI 与VCP的差值经过电流放大器CA的放大后,得到平均电流跟踪误差信号VCA。再由VCA及三角锯齿波信号VT或VS通过比较器比较得到PWM关断时刻。VCA的波形与电流波形VI反相,所以,是由VCA的下斜波(对应于开关器件导通时期)与三角波VT或VS的上斜波比较产生关断信号。显然,这就意味着无形中增加了一定的斜坡补偿。为了避免次谐波振荡,VCA的上斜坡不能超过三角锯齿波信号VT或VS的上斜坡。平均电流模式控制的优点是①平均电感电流能够高度精确地跟踪电流编程信号。②不需要斜坡补偿。③调试好的电路抗噪声性能优越。④适合于任何电路拓扑对输入或输出电流的控制。⑤易于实现均流。缺点是①电流放大器在开关频率处的增益有最大限制 ②双闭环放大器带宽、增益等配合参数设计调试复杂。

  图3.B为增加输入电压前馈功能的平均电流模式控制,非常适合输入电压变化幅度大、变化速度快的中国电网情况。澳大利亚R-T公司的48V/100A半桥电路通信开关电源模块实际上采用图3.B的控制方式。

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