电源固定频率脉宽调制为什么选择电压模式控制?

点击:50  日期:2022-05-13 12:32:10.0 [电气电子]

固定频率脉宽调制控制有两种类型: 电压模式和电流模式。电压模式和电流模式之间的主要区别之一是输入到固定频率脉宽调制比较器的斜坡。在电压模式中,此斜坡是固定频率脉宽调制控制器内部生成的锯齿波。在电流模式中,斜坡与测得的电流成比例地生成。这种固定频率脉宽调制信号生成方式的微小差异会导致控制回路行为的重大差异。

考虑一个简单的非隔离降压转换器。使用电压模式时,功率级将具有与电感值和输出电容相关的双极点响应。当使用相同的功率级但实施电流模式控制时,响应变为与输出电容和负载电阻相关的单极点。这意味着对于电压模式和电流模式,我们需要不同类型的补偿。

电流模式控制使用与实际电流成比例的斜坡,因此我们必须有某种方法来测量该电流。测量电流并获得清晰的信号是 电流模式 控制中最具挑战性的部分。电流模式模式稳压器把流经电感的电流作为反馈环路的一部分。固定频率脉宽调制调制器的输入信号为流经电感的电流和误差放大器输出的误差信号。流过电感的电流被检测出并送去跟Vc进行比较。Vc为误差放大器的输出。在电流模式控制模式下,为了避免在固定频率脉宽调制信号占空比大于50%时产生次谐波振荡,需要对电路进行斜率补偿。

对于电流模式控制的主要问题是电流检测信号拾取的开关噪声,我们可以通过多种方式解决这个噪音问题。前沿消隐基本上忽略了电流检测信号的前50-100ns。这是有效的,但会导致最小的时间和故障保护问题。使用RC电阻器和电容器网络来过滤信号也是一种选择,但我们将再次遇到故障保护问题。因此,即使补偿对于 电流模式 控制来说更容易,但它并不总是最佳选择。

为什么要采用电流模式?进一步观察电流控制环路的响应,我们发现当控制FET导通时,通过RSENSE的电流经过电流检测电路后变成电压斜坡信号。电压斜坡与电感中的斜坡电流成比例。经过斜率补偿的电压斜坡跟误差放大器的输出电压进行比较。由于电感处在内部的电流控制环路内,电流模式控制模式消除了电感的极点和二阶特征带来的影响。因此,外部的电压控制环路只存在单极点的输出滤波器和负载电阻。可以把电流模式转换器看成一个电流源。电路的输出电容与并联的负载阻抗构成了单极点电路。该电流源给该单极点电路提供电流并对其进行调节。这意味着,对电流模式模式稳压器进行稳定补偿,总体来说要比电压模式控制器容易得多。

电源调整率定义为输入电压变化引起的输出电压变化量。电源调整率跟控制至输出传递函数的增益相关。由于电流模式结构的控制至输出传递函数的增益与输入电压无关,所以电源调整率非常好。另外,对于电流模式结构的转换器,单极点引入的相位/延迟较小。所以,相对于电压模式结构的转换器,峰值电流模式控制结构的转换器具有更好的瞬态响应。查看电压模式结构的控制至输出传递函数发现:输入电压会直接影响传递函数的增益。这导致电源调整率性能下降。现在的电压模式转换器通过采用电压前馈技术,根据输入电压改变锯齿波信号的斜率,解决了这一问题。

既然电流模式有那么多优点,为什么还要用电压模式控制模式?这是因为电流模式设计要求两个控制环路,并且电路复杂度比电压模式高。电压模式控制的稳压器可能更具有价格优势。从历史角度看,在输入电压工作范围较宽,尤其是在低输入电压/轻负载时,电流斜坡的斜率可能太低,以至于电流模式控制器不能稳定工作。

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