開關(guān)電源的控制模式知識合集

眾所周知，開關(guān)電源知識點眾多，包括拓撲結(jié)構(gòu)，控制方法，器件，安規(guī)認(rèn)證等等，每一個類別又可細化為更多的分枝。

這其中的控制方法又是其中非常重要的一個技術(shù)點，由于沒有一種控制模式適合每種應(yīng)用，為了回答關(guān)于哪種控制方式最適合特定應(yīng)用的問題，必須首先了解每種方法的優(yōu)缺點。

那我們在業(yè)界中有哪些常見的控制方法？查閱一些文獻和業(yè)界主流半導(dǎo)體廠商推出的開關(guān)電源控制器以后，我們可以發(fā)現(xiàn)有以下這些：

• 電壓控制型
• 具有電壓前饋的電壓模式
• 峰值電流模式
• 模擬電流模式
• 具有內(nèi)部補償?shù)母呒夒娏髂Ｊ?/li>
• 滯環(huán)控制模式
• 恒定導(dǎo)通時間模式
• 帶模擬波紋的固定導(dǎo)通時間控制
• D-CAP
• D-CAP2
• D-CAP3

這是個很大的話題，從今天開始我們會逐一簡單介紹，首先介紹最常見的 電壓控制模式和電流控制模式 ：

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電壓控制模式

電壓控制模式是最成熟的控制方式，業(yè)界也推出了一系列的基于此模式的控制器?；倦妷耗Ｊ脚渲萌鐖D1所示。

圖1. 電壓模式控制

該設(shè)計的主要特點是只有一條電壓反饋路徑，通過將電壓誤差信號與恒定的斜坡波形進行比較來執(zhí)行脈沖寬度調(diào)制。限流必須增加單獨電路進行控制。

電壓模式控制的優(yōu)點是：

1）單個反饋回路更易于設(shè)計和分析。

2）大幅度的斜坡波形為穩(wěn)定的調(diào)制過程提供了良好的噪聲抗干擾特性。

3）低阻抗電源輸出可為多個輸出電源提供更好的交叉調(diào)節(jié)特性。

電壓模式的缺點為：

1）輸入電壓或負載的任何變化都必須首先感測為輸出變化，然后通過反饋環(huán)路進行校正。這通常意味著反應(yīng)速度較為緩慢。

2）輸出濾波器在控制環(huán)路上增加了兩個極點，這要求誤差放大器上的主極點頻率較降或在補償器中增加零點。

3）由于環(huán)路增益隨輸入電壓而變化，因此補償需要更加復(fù)雜。

02

電流控制模式

上述缺點相對顯著，并且由于所有這些都可以通過電流模式控制得到緩解，因此設(shè)計人員極有動力在引入此拓撲時考慮該拓撲。基本電流模式控制中僅將振蕩器用作固定頻率時鐘，并且將斜波波形替換為從輸出電感電流處得出的信號。

此控制方法的優(yōu)點包括：

1）由于電感器電流以由(Vin-Vo)確定的斜率上升，因此該波形將立即響應(yīng)輸入輸出的電壓變化，從而消除了延遲響應(yīng)和增益隨輸入電壓變化的變化。

2）由于現(xiàn)在使用誤差放大器來控制輸出電流而不是電壓，因此將輸出電感的影響降至最低，并且濾波器現(xiàn)在僅向反饋環(huán)路提供了一個極點（至少在正常區(qū)域內(nèi)）。與可比較的電壓模式電路相比，這可以實現(xiàn)更簡單的補償和更高的增益帶寬。

3）電流模式電路的其他好處包括僅通過鉗位誤差放大器即可實現(xiàn)固有的逐脈沖電流限制，并且在并聯(lián)多個功率單元時易于提供負載共享。

盡管電流模式提供的改進令人印象深刻，但該技術(shù)還具有其自身獨特的缺點，這些問題必須在設(shè)計過程中加以解決。下面概述了其中一些：

1）現(xiàn)在有兩個反饋回路，使電路分析更加困難。

2）除非添加斜率補償，否則當(dāng)占空比超過50％時，控制環(huán)路將可能變得不穩(wěn)定。

3）由于控制調(diào)制基于來自輸出電流的信號，因此功率級中的諧振會將噪聲插入控制環(huán)路。

4）特別麻煩的噪聲源是前沿電流尖峰，通常由變壓器繞組電容和輸出整流器恢復(fù)電流引起。

5）隨著控制回路強制電流驅(qū)動，負載調(diào)節(jié)變得更糟，并且需要耦合電感器才能獲得可接受的多輸出交叉調(diào)節(jié)。

因此，從以上我們可以得出結(jié)論，盡管電流模式控制將緩解電壓模式的許多局限性，但它也給設(shè)計人員帶來了新的挑戰(zhàn)。但是，隨著從功率控制技術(shù)的最新發(fā)展中獲得的知識，對電壓模式控制的重新評估表明，存在替代方法可以糾正其主要弱點。

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再談電壓模式

對電壓模式控制的兩個主要改進是：

1）電壓前饋消除了輸入電壓變化的影響；

2）以及更高的開關(guān)頻率，允許將輸出濾波器的極點放置在正?？刂骗h(huán)路帶寬范圍之上。

電壓前饋是通過使斜坡波形的斜率與輸入電壓成比例來實現(xiàn)的。這樣就提供了相應(yīng)的校正占空比調(diào)制，而反饋環(huán)路則無需采取任何措施。結(jié)果是恒定的控制環(huán)路增益和對線電壓變化的瞬時響應(yīng)。

更高的頻率能力是通過對該IC使用更好的工藝來處理實現(xiàn)，從而產(chǎn)生較小的寄生電容和較低的電路延遲。因此，電壓模式的許多問題已得到緩解，而不會引起電流模式的困難。

04

如何選擇電路控制模式

上面的討論都不會給人留下這樣的印象，即不再有電流模式控制的地方，兩種拓撲在當(dāng)今環(huán)境中都是可行的選擇。有一些考慮可能會指出一個或另一個對于每個特定應(yīng)用程序來說是最佳的。

在以下情況下，可以考慮使用電流模式：

1）電源輸出應(yīng)為電流源或很高的輸出電壓。

2）在給定的開關(guān)頻率下，需要最快的動態(tài)響應(yīng)。

3）該應(yīng)用適用于輸入電壓變化相對受限制的DC/ DC轉(zhuǎn)換器。

4）模塊化應(yīng)用，其中需要負載共享的并行性。

5）在推挽電路中，變壓器磁通平衡很重要。

6）在需要絕對最少元器件的低成本應(yīng)用中。

如果滿足以下條件，可以考慮電壓模式（帶前饋功能）：

1）輸入電壓或輸出負載的變化范圍可能很大。

2）特別是在低輸入電壓-輕負載條件下，電流斜坡斜率太淺而無法穩(wěn)定PWM操作（如果電流模式很難設(shè)計斜坡補償）。

3）高功率或噪聲干擾大的應(yīng)用，其中電流波形上的噪聲將難以控制。

4）需要具有相對較好的交叉調(diào)節(jié)的多個輸出電壓。

5）飽和電抗器控制器將用作輔助次級側(cè)調(diào)節(jié)器。

6）應(yīng)避免雙反饋環(huán)路或斜率補償復(fù)雜的應(yīng)用。