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功率电感:开关电源五种PWM反馈控制模式的基本情况(三)

时间:2014-11-28 08:18:29 点击:

 

当输出电流减小,峰值电流模式控制就从原理上趋向于变为电压模式控制。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功率电感的动态变化,因而电压外环仅需控制输出电容,不必控制LC储能电路。电感制作由于这些,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: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,即内在固有的逐个脉冲限流功能;⑥自动均流并联功能。缺点: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坡通常较小,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。

    2.3平均电流模式控制PWM(AverageCurrent-modeControlPWM)

    平均电流模式控制概念产生于70年代后期。平均电流模式控制PWM集成电路出现在90年代初期,成熟应用于90年代后期的高速CPU专用的具有高di/dt动态响应供电能力的低电压大电流开关电源。图5(a)所示为平均电流模式控制PWM的原理图[1]。将误差电压Ue接至电流误差信号放大器(c/a)的同相端,作为输一体电感工厂出电感电流的控制编程电压信号Ucp(Ucurrent-program)。带有锯齿纹波状分量的输出电感电流信号Ui接至电流误差信号放大器(c/a)的反相端,代表跟踪电流贴片电感器生产编程信号Ucp的实际电感平均电流。Ui与Ucp的差值经过电流放大器(c/a)放大后,得到平均电流跟踪误差信号Uca。再由Uca及三角锯齿波信号UT或Us通过比较器比较得到PWM关断时刻。Uca的波形与电流波形Ui反相,所以,是由Uca的下斜坡(对应于开关器件导通时期)与三角波UT或Us的上斜坡比较产生关断信号。显然,这就无形中增加了一定的斜坡补偿。为了避免次谐波振荡,Uca的上斜坡不能超过三角锯齿波信号UT或Us的上斜坡。

    2.4滞环电流模式控制PWM(HystereticCurrent-modeControlPWM)

    滞环电流模式控制PWM为变频调制,也可以为定频调制[2]。图6所示为变频调制的滞环电流模式控制PWM。将电感电流信号与两个电压值比较,第一个较高的控制电压值Uc(Uc=Ue)由输出电压与基准电压的差值放大得到,它控制开关器件的关断时刻;第二个较低电压值Uch由控制电压Uc减去一个固定电压值Uh得到,Uh为滞环带,Uch控制开关器件的开启时刻。


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