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開關電源:電壓控制型 /電流控制型詳解

來源: 發布時間:2017-09-27 08:55:22 次瀏覽

開關電源是利用現代電力電子技術,控制開關管開通和關斷的時間比率,維持穩定輸出電壓的一種電源,隨著電力電子技術的發展和創新,使得開關電源技術也在不斷地創新。開關電源有兩種控制類型,一種是電壓控制型 (Voltage Mode Comml);另一種是電流控制型(Currem Mode Control)。二者有各自的優缺點,很難講某種控制類型對所有應用都是最優化的,應根據實際情況加以選擇。下面我們就來看看開關電源控制類型有哪些。
  1.電壓控制型
  電壓控制是開關電源最常用的一種控制類型。以降壓式開關穩壓器(即Buck變換器)為例,電壓控制型的基本原理及工作波形分別如圖1 (a)、(b)所示。其特點是首先通過對輸出電壓進行取樣(必要時還可增加取樣電阻分壓器),所得到的取樣中壓UQ就作為控制環路的輸入信號。然后對取樣電壓和基準電壓UREF進行比較,并將比較結果放大成誤差電壓Ur,再將Ur送至PWM比較器與鋸齒波電壓Uj進行比較,獲得脈沖寬度與誤差電壓成正比的調制信號。圖1 (a)中的振蕩器有兩路輸出,一路輸出為時鐘信號(方波或矩形波),另一路為鋸齒波信號, CT為振蕩電容。T為高頻變壓器,VT為功率開關管。降壓式輸出電路由整流二極管VD1、續流二極管VD2、儲能電感L和濾波電容Co組成。PWM鎖存器的R為復位端,S為置位端。

圖1  電壓控制性的基本原理及工作波形

 

  電壓控制型具有以下優點:
  (1)它屬于閉環控制系統,且只有一個電壓反饋回路(即電壓控制環),電路設計比較簡單。
  (2)在調制過程中工作穩定。
  (3)輸出阻抗低,可采用多路電源給同一個負載供電。
  電壓控制型的主要缺點如下:
  (1)響應速度較慢。雖然在電壓控制型電路中使用了電流檢測電阻Rs,但Rs并未接入控制環路。因此,當輸入電壓發生變化時,必須等輸出電壓發生變化之后,才能對脈沖寬度進行調節。由于濾波電路存在滯后時間,輸出電壓的變化要經過多個周期后才能表現出來。所以電壓控制型的響應時間較長,使輸出電壓穩定性也受到影響。
  (2)需另外設計過電流保護電路。
  (3)控制回路的頻率補償較復雜,閉環增益隨輸入電壓而變化。
  2.電流控制型
  電流控制型是在電壓控制環的基礎上又增加了電流控制環,其基本原理及工作波形分別如圖2 (a)、(b)所示。Us為電流檢測電阻的壓降,此時PWM比較器變為電流檢測比較器。電流控制型需通過檢測電阻來檢測電流,并且可逐個周期的限制電流,便于實現過電流保護。固定頻率的時鐘脈沖將RS鎖存器置位,從Q端輸出的驅動信號為髙電平,使功率開關管VT導通,髙頻變壓器一次側的電流線性地增大。當電流檢測電阻Rs上的壓降達到并超過Ur時,電流檢測比較器翻轉,輸出的高電平將鎖存器復位,從Q端輸出的驅動信號變為低電平,令幵關管關斷,直到下一個時鐘脈沖使RS鎖存器置位。

圖2   電流控制型的基本原理及工作波形

 

  電流控制型具有以下優點:
  (1)它屬于雙閉環控制系統,外環由電壓反饋電路構成,內環由電流反饋電路組成,并且電流反饋電路受電壓反饋電路的控制。與電壓反饋電路相比,電流反饋電路的增益帶寬(Gain Bandwidth)更大。
  (2)對輸入電壓瞬態變化的響應速度快,當輸入電壓發生變化時能迅速調整輸出 電壓達到穩定值。這是因為輸入電壓的變化會導致一次側電感電流發生變化,進而使Us改變,無須經過誤差放大器,直接通過電流檢測比較器就能改變輸出脈沖的占空比。
  (3)在電壓控制環和電流控制環的共同控制下,可提高電壓調整率指標。
  (4)能簡化誤差放大器補償網絡的設計。
  (5)只要電流脈沖達到設定的閾值, PWM比較器就動作,使功率開關管關斷,維持輸出電壓穩定。
  (6)本身帶限電流保護電路,只需改變Rs值,即可精確設定極限電流值。
  電流控制型的主要缺點如下:
  (1)由于存在兩個控制環路,給電路設計及分析帶來困難。
  (2)當占空比超過50%時可能造成控制環路工作不穩定,需增加斜率補償電路。
  (3)對噪聲的抑制能力較差,因一次側電感工作在連續儲能模式,開關電流信號的上升斜率較小,只要在電流信號上疊加較小的噪聲,就容易導致PWM控制器誤動作,需增加噪聲抑制電路。 

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