高頻開關電源的電流峰值控制
假設Buck PWM轉換器工作在電流連續(xù)模式。則圖1(b)所示即為峰值電流型PWM控制系統(tǒng)的工作波形圖。開關電流iv的峰值與電感電流iL的峰值相同。在一個開關周期的開始,由時鐘脈沖信號CLK通過觸發(fā)器去驅(qū)動開關管V的導通,當電流iv的檢測信號峰值達到電流給定值Ue(即外環(huán)電壓調(diào)節(jié)器的輸出)時,觸發(fā)器翻轉,開關管V關斷。因此只要系統(tǒng)中的電流稍有轉換時,占空比Du就可以快速地產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用,使輸出電壓U。接近于給定值Ur。
圖1 Buck PWM轉換器峰值電流型控制系統(tǒng)原理
峰值電流型PWM控制的優(yōu)點是:消除了輸出濾波電感在系統(tǒng)傳遞函數(shù)中產(chǎn)生的極點,使系統(tǒng)傳遞函數(shù)由二階降為一階,解決了系統(tǒng)有條件的環(huán)路穩(wěn)定性問題:具有良好的線性調(diào)整率和快的動態(tài)響應;固有的逐個開關周期的峰值電流限制,簡化了過載保護和短路保護;多個電源模塊并聯(lián)時容易實現(xiàn)均流。其缺點是:不能準確地控制電感的平均電流,回路的增益對市電電網(wǎng)電壓變化敏感,開關噪聲容易造成開關管的誤動作(即抗干擾性差)等。更為重要的是,對于最常用的PWM調(diào)制方式,當占空比D>0.5時,電流環(huán)不能穩(wěn)定,并導致開關頻率降低,電流、電壓的紋波增大。這時需要外加周期性的斜坡函數(shù)來補償,以使系統(tǒng)穩(wěn)定如圖2所示。在電流調(diào)節(jié)器的輸人端,外加一個補償鋸齒波ux與給定電流Uc合成一個斜率為Mc的斜坡函數(shù)(倒鋸齒波)u′c。
u′c=Uc-ux
然后iV或iL與u′c比較后,產(chǎn)生寬度為Du的脈沖如圖2(b)所示。
峰值電流型脈寬調(diào)制的穩(wěn)定性分析如下:
圖2 加斜坡補償?shù)拿}寬調(diào)制器
參考圖1,假設電感電流iL是連續(xù)的,在穩(wěn)定時,在開關管V的導通期間,iL上升,其變化率diL/dt為
在V關斷期間,電流iL下降,其變化率為
占空比D,與電流變化率的關系為
以輸入電壓的擾動(ui減?。槔?,來分析系統(tǒng)的響應過程(為了使分析簡化,假設此時Uo還未來得及變化):
Ui=Ui—△u
由式(9-1)和式(9-2),ui減小使電流的變化率由M1,變化到m1,
mL=Ml+△m1M1
式中 △m1——電流變化率改變前后的差值。
m2=M2
d=Du-△d
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