開(kāi)關(guān)電源中的電流型控制模式

1、開(kāi)關(guān)電源中的電流型控制模式        摘要：討論了 開(kāi)關(guān)電源 根據(jù)選用不同的PWM控制模式，圖1電路中的輸入電壓Uin、輸出電壓Uo、開(kāi)關(guān)功率器件電流(可從A點(diǎn)采樣)、輸出電感電流(可從B或C點(diǎn)采樣)均可作為控制信號(hào)，用于完成穩(wěn)壓調(diào)節(jié)過(guò)程。目前在 圖2檢測(cè)輸出電感電流的電流型控制原理框圖 實(shí)際電路以單端正激型電源為例，如圖3所示。誤差電壓信號(hào)Ue送至PWM比較器后，并不是像電壓模式那樣與振蕩電路產(chǎn)生的固定三角波狀電壓斜波比較調(diào)寬，而是與一個(gè)變化的、峰值代表功率開(kāi)關(guān)上的電流信號(hào)(由Rs上采樣得到)的三角狀波形信號(hào)

2、(電感電流不連續(xù))或矩形波上端疊加三角波合成波形信號(hào)(電感電流連續(xù))比較，然后得到PWM脈沖關(guān)斷時(shí)刻。在電路中，電流的采樣通常使用一只在MOSFET源極與地之間串聯(lián)的電阻完成，有時(shí)為了提高效率，也可通過(guò)在MOSFET源極上接一只電流互感器獲得電流采樣信號(hào)。圖4為各相關(guān)點(diǎn)的波形。 圖3電路穩(wěn)壓原理可以簡(jiǎn)述如下：當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，由于變壓器的初級(jí)電流上升率發(fā)生變化，即Ur波形上端的三角波部分的斜率變化，導(dǎo)致Ur與Ue相交的時(shí)間提前或滯后，從而使輸出脈沖寬度變化，達(dá)到輸出電壓值的穩(wěn)定；而當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，Ur與Ue同時(shí)變大或變小，使得電感電流對(duì)輸出濾波電容的充電電流發(fā)生變化，以保持輸出電壓穩(wěn)定。 3

3、電流型控制的優(yōu)缺點(diǎn) 31電流型控制模式的優(yōu)點(diǎn) 1)線性調(diào)整率（電壓調(diào)整率）非常好，這是因?yàn)檩斎腚妷旱淖兓⒓捶从碁殡姼须娏鞯淖兓瑹o(wú)須經(jīng)過(guò)誤差放大器就能在比較器中改變輸出脈沖寬度，再加上輸出電壓到誤差放大器的控制，使得電壓調(diào)整率更好。由于對(duì)輸入電壓的變化和輸出負(fù)載的變化的瞬態(tài)響應(yīng)快，故適合于負(fù)載快速變化時(shí)對(duì)響應(yīng)速度要求較高的場(chǎng)所。 2)雖然電源的LC濾波電路為二階電路，但增加了電流內(nèi)環(huán)控制后，只有當(dāng)誤差電壓發(fā)生變化時(shí)，才會(huì)導(dǎo)致電感電流發(fā)生變化。即誤差電壓決定電感電流上升的程度，進(jìn)而決定功率開(kāi)關(guān)的占空比。因此，可看作是一個(gè)電流源，電感電流與負(fù)載電流之間有了一定的約束關(guān)系，使電感電流不再是獨(dú)立變量

4、，整個(gè)反饋電路變成了一階電路，由于反饋信號(hào)電路與電壓型相比，減少了一階，因此誤差放大器的控制環(huán)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)得以簡(jiǎn)化，穩(wěn)定度得以提高并且改善了頻響，具有更大的增益帶寬乘積。 開(kāi)關(guān)電源中，由于2個(gè)開(kāi)關(guān)器件本身的壓降和開(kāi)關(guān)延遲時(shí)間不一定完全一致等原因，容易引起變壓器的直流偏磁。采用電流型控制，由于峰值電感電流提供自動(dòng)的磁通平衡功能，可以有效地減少或消除直流偏磁，避免了變壓器的磁飽和。 4)具有瞬時(shí)峰值電流限流功能，這是由于受控的電流在上升到設(shè)定值時(shí)，會(huì)使PWM停止輸出，因此電流型自身具有固有的逐個(gè)脈沖限流功能，在電路中不必另外附加限流保護(hù)電路；而且這種峰值電感電流檢測(cè)技術(shù)可以較精確地限制最大電流，從而使

5、 開(kāi)關(guān)電源 圖4單端正激式電路各相關(guān)點(diǎn)波形 圖5D<0.5時(shí)的波形 圖6D>0.5時(shí)的波形 圖7D>0.5時(shí)加斜波補(bǔ)償后的波形 3)在要求輸入輸出隔離的電路類型中，對(duì)隔離變壓器的設(shè)計(jì)要求較高。例如在單端正激式電路中，為保證從開(kāi)關(guān)管上取樣的電流斜波具有一定的斜率，要求變壓器初級(jí)的電感量較小，但這樣會(huì)使勵(lì)磁電流增加，效率下降。因此需要協(xié)調(diào)好二者的關(guān)系。 4）電流型控制不大適合于半橋型 圖8不同占空比時(shí)，相同峰值電感電流對(duì)應(yīng)的平均電感電流 圖9利用斜波補(bǔ)償消除不同占空比對(duì)平均電感電流的影響 (a)斜波補(bǔ)償加至2端      

6、;        (b)斜波補(bǔ)償加至3端 圖10利用UC1824/43的2種斜波補(bǔ)償方法 3）提高電流檢測(cè)精度由于在電流型控制中依靠對(duì)電感電流上升斜波的檢測(cè)完成控制，所以若電流變化率較大，可以提供較好的抗噪聲干擾能力和為電流比較器提供較好的信號(hào)電平。而采用斜波補(bǔ)償?shù)姆椒?，等于人為地改善了電感電流上升斜率，使其具有類似于電壓控制模式抗噪聲裕度較大的優(yōu)點(diǎn)。 4.2電流型控制的斜波補(bǔ)償實(shí)例 美國(guó)UNITRODE公司生產(chǎn)的電流型PWM控制芯片UC1842/43，具有外電路簡(jiǎn)單，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于它的電性能與典型應(yīng)用這里不再贅述，只簡(jiǎn)單介紹一下進(jìn)行斜波補(bǔ)償?shù)姆椒āD10說(shuō)明了UC1842/43的2種斜波補(bǔ)償方法： 第一種如圖10（a）所示，從斜波端（即腳4振蕩器輸出端）接一個(gè)電阻R1至誤差放大器反相輸入端（腳2），于是誤差放大器輸出呈斜波狀，再與采樣電流比較。第二種方法如圖10(b)所示，它從斜波端（腳4）接一電阻R2至電流采樣比較器正端（腳3），這時(shí)將在Rs上的感應(yīng)電壓上增加斜波的斜率，再與平滑的誤差電壓進(jìn)行比較。用這2種方法，均能有效地改善電源的噪聲特性。 5結(jié)語(yǔ) 開(kāi)關(guān)電源的選擇，設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有一定的參考價(jià)值。 參考文獻(xiàn) 開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)M.北京：電子 工業(yè)出版社，1999.