平均電流模式控制PWM - 五種新型 PWM反饋控制模式的詳細分析

平均電流模式控制概念產(chǎn)生于七十年代后期。平均電流模式控制 PWM集成電路出現(xiàn)在九十年代初期，成熟應用于九十年代后期。平均電流模式控制的發(fā)展動力有三：一是峰值電流模式控制PWM在應用推廣時碰到許多嚴重問題；二是INTEL公司的高速CPU集成電路需要具有高DI/DT動態(tài)響應供電能力的低電壓大電流開關電源；三是在八十年代后期平均電流模式控制理論研究上的進展。圖3.A所示為平均電流模式控制PWM的原理圖。輸出電壓信號VOUT與基準給定電壓VREF的差值經(jīng)過電壓誤差放大器E/A放大后得到誤差電壓VE，它接至電流誤差信號放大器CA的同相端，作為輸出電感電流的控制編程電壓信號VCP（V CURRENT- PROGRAM）。

而帶有鋸齒紋波狀分量的輸出電感電流信號VI接至電流誤差信號放大器CA的反相端，代表跟蹤電流編程信號VCP的實際電感平均電流。VI 與VCP的差值經(jīng)過電流放大器CA的放大后，得到平均電流跟蹤誤差信號VCA。再由VCA及三角鋸齒波信號VT或VS通過比較器比較得到PWM關斷時刻。VCA的波形與電流波形VI反相，所以，是由VCA的下斜波（對應于開關器件導通時期）與三角波VT或VS的上斜波比較產(chǎn)生關斷信號。顯然，這就意味著無形中增加了一定的斜坡補償。為了避免次諧波振蕩，VCA的上斜坡不能超過三角鋸齒波信號VT或VS的上斜坡。平均電流模式控制的優(yōu)點是①平均電感電流能夠高度精確地跟蹤電流編程信號。②不需要斜坡補償。③調試好的電路抗噪聲性能優(yōu)越。④適合于任何電路拓撲對輸入或輸出電流的控制。⑤易于實現(xiàn)均流。缺點是①電流放大器在開關頻率處的增益有最大限制 ②雙閉環(huán)放大器帶寬、增益等配合參數(shù)設計調試復雜。

圖3.B為增加輸入電壓前饋功能的平均電流模式控制，非常適合輸入電壓變化幅度大、變化速度快的中國電網(wǎng)情況。澳大利亞R-T公司的48V/100A半橋電路通信開關電源模塊實際上采用圖3.B的控制方式。

4. 滯環(huán)電流模式控制PWM (HYSTERETIC CURRENT-MODE CONTROL PWM)：

滯環(huán)電流模式控制PWM為變頻調制，也可以為定頻調制。 如圖4所示，為變頻調制的滯環(huán)電流模式控制PWM。將電感電流信號與兩個電壓值比較，第一個較高的控制電壓值VC由輸出電壓與基準電壓的差值放大得到，它控制開關器件的關斷時刻；第二個較低電壓值VCH由控制電壓VC減去一個固定電壓值VH得到，VH叫做滯環(huán)帶，VCH控制開關器件的開啟時刻。滯環(huán)電流模式控制是由輸出電壓值VOUT、控制電壓值VC及VCH三個電壓值確定一個穩(wěn)定狀態(tài)，比電流模式控制多一個控制電壓值VCH，去除了發(fā)生次諧波振蕩的可能性，見圖4右下示意圖。因為VCH1=VCH2，圖4右下示意圖中的情況不會出現(xiàn)。其優(yōu)點：①不需要斜波補償。②穩(wěn)定性好，不容易因噪聲發(fā)生不穩(wěn)定振蕩。缺點：①需要對電感電流全周期的檢測和控制。②變頻控制容易產(chǎn)生變頻噪聲。

5. 相加模式控制PWM (SUMMING-MODE CONTROL PWM)：

圖5所示為相加模式控制PWM的原理圖。與圖1.A所示的電壓模式控制有些相似，但有兩點不同：一是放大器（E/A）是比例放大器，沒有電抗性補償元件?？刂齐娐分须娙軨1較小起濾除高頻開關雜波作用。主電路中的較小的LF、CF濾波電路（如圖中虛線所示,也可以不用）也起減小輸出高頻雜波作用。若輸出高頻雜波小的話，均可以不加。因此，電壓誤差放大沒有延時環(huán)節(jié)，電流放大也沒有大延時環(huán)節(jié)。二是經(jīng)過濾波后的電感電流信號VI也與電壓誤差信號VE相加在一起構成一個總和信號VΣ與三角鋸齒波比較，得到PWM控制脈沖寬度。相加模式控制PWM 是單環(huán)控制，但它有輸出電壓、輸出電流兩個輸入?yún)?shù)。如果輸出電壓或輸出電流變化，那么占空比將按照補償它們變化的方向而變化。其優(yōu)點是：動態(tài)響應快（比普通電壓模式控制快3~5倍），動態(tài)過沖電壓小，輸出濾波電容需要較少。相加模式控制中的VI注入信號容易用于電源并聯(lián)時的均流控制。缺點是：需要精心處理電流、電壓取樣時的高頻噪聲抑制

三．結論

不同的PWM反饋控制模式具有各自不同的優(yōu)缺點，在設計開關電源選用時要根據(jù)具體情況選擇合適的PWM的控制模式。