改進(jìn)峰值電流模式控制

最糟糕的設(shè)計(jì)方案通常會(huì)在最低輸入電壓下產(chǎn)生最大輸出功率。而在現(xiàn)實(shí)情況中，高輸入線路的最大功率可能是最低輸入線路電壓所輸送功率的兩倍。這會(huì)迫使電源設(shè)計(jì)人員必須對(duì)功率級(jí)進(jìn)行過(guò)量設(shè)計(jì)。本文將探討輸入功率增加的原因以及降低方法。此外，還將介紹一種可提升峰值電流模式控制性能的創(chuàng)新方法。

反向轉(zhuǎn)換器變壓器基本上由兩個(gè)耦合電感器組成。當(dāng)主開(kāi)關(guān)接通期間，電能被儲(chǔ)存在主耦合電感器中。由于變壓器具有一次繞組和二次繞組配置，因而當(dāng)主開(kāi)關(guān)接通時(shí)，輸出二極管 (D1) 會(huì)被反向偏置（圖1a–1b）。當(dāng)主開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，會(huì)將儲(chǔ)存在主耦合電感器中的電能傳送到輸出耦合電感器中，作為驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能量。反向變壓器能對(duì)輸出電壓進(jìn)行升壓或降壓轉(zhuǎn)換，并提供輸入到輸出的隔離。

圖1.1a) 主耦合電感器中存儲(chǔ)的電能；1b)電能傳送至二次繞組

峰值電流模式控制
出于對(duì)成本和簡(jiǎn)約性的考慮，反向轉(zhuǎn)換器通用采用峰值電流模式控制，因而不能直接測(cè)量輸出電流。當(dāng)反向轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)過(guò)載故障時(shí)，輸出電壓就會(huì)下降。這樣，反饋補(bǔ)償電壓就會(huì)升高至脈寬調(diào)制 (PWM) 控制器限流閥值之上，而且 PWM 會(huì)在逐脈沖過(guò)限流限制 (pulse-by-pulse current limit) 模式下運(yùn)行，這時(shí)反饋電壓不再控制 PWM 占空比。當(dāng)峰值主電流超過(guò) PWM 控制器限流比較器電壓參考值 (V_CS) 時(shí)，終止占空比。

峰值電流模式控制面臨的挑戰(zhàn)
當(dāng)控制器處于逐脈沖過(guò)限流限制模式下時(shí)，主開(kāi)關(guān)無(wú)法即時(shí)關(guān)閉。在 PWM 和功率級(jí)內(nèi)存在傳播延遲，其中包括控制器的前沿消隱 (LEB)，在限流比較器、邏輯電路、柵極驅(qū)動(dòng)器中的傳播延遲，以及功率 MOSFET 的關(guān)閉延遲。傳播延遲會(huì)導(dǎo)致峰值主電流因過(guò)沖而高于預(yù)期值。

方程式 1計(jì)算實(shí)際峰值主電流：

(1)

計(jì)算出峰值主電流后，我們可用方程式2來(lái)計(jì)算輸入功率：

(2)

這些傳播延遲可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)百納秒。我們能使用方程式3來(lái)計(jì)算主電流的斜率，其中 V_IN為整流直流線路電壓，L_P為變壓器的初級(jí)電感，dt為總傳播延遲。

(3)

若傳播延遲 (方程式 3中的 dt)保持不變，那么當(dāng) V_IN增大時(shí)，主電流斜率也會(huì)相應(yīng)增大。由于存在傳播延遲，最大 V_IN下的峰值電流會(huì)因過(guò)沖而高于最小 V_IN下的峰值電流（圖2）。

圖2.傳播延遲與 V_IN的關(guān)系

結(jié)果是輸入和輸出功率隨著輸入線路電壓的增大而增大?？膳e例說(shuō)明這一問(wèn)題。峰值主電流（方程式4）能根據(jù)如下系統(tǒng)要求得出：

(4)


對(duì)于峰值電流模式控制，我們能在計(jì)算峰值電流后確定電流感應(yīng)電阻值大?。?b>方程式5）。

(5)


V_CS為 PWM 限流比較器電壓參考 (0.5V)。最小輸入電壓下的峰值電流過(guò)沖是：




在最大輸入線路電壓下，峰值電流是（方程式6）：

(6)