CMOS求和比較器在PWM開關(guān)電源控制中的應(yīng)用
1 引 言
開關(guān)電源體積小、重量輕、變換效率高, 因此廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。它體積小、重量輕、功率因數(shù)高,具有較高的工作效率,但結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜使它的應(yīng)用受到一定的限制。下面就這個(gè)問題提出一個(gè)可行的解決方法。
2 開關(guān)電源電流PWM控制的基本原理
電流控制的PWM技術(shù)是一種新穎的控制技術(shù),1967年由美國BOSE公司提出。該技術(shù)有不同路線方案來實(shí)現(xiàn),其共同特點(diǎn)是:利用電感電流的反饋直接去控制功率開關(guān)的占空比,以實(shí)現(xiàn)峰值電流對(duì)電壓反饋的跟蹤。下面我們就通過分析利用電流控制的PWM降壓變換器來了解這一技術(shù)的基本原理。
圖1給出了電流控制的PWM降壓變換器的基本組成。
圖1 電流控制的PWM降壓變換器的基本組成
從該電路可以看出,反饋電路由兩部分組成:輸出電壓U0經(jīng)采樣電路(未畫出)得到反饋電壓Uf反饋到誤差放大器的反向端,基準(zhǔn)電壓UR加至誤差放大器同向端,構(gòu)成常規(guī)的電壓反饋,即電壓外環(huán);由電阻RS上檢測(cè)得到的電流反饋信號(hào)US和誤差放大器的輸出Ue分別加至PWM比較器同向端和反向端,構(gòu)成了電流內(nèi)環(huán)。PWM比較器輸出加至觸發(fā)器的R端,時(shí)鐘振蕩器從S端向鎖存器輸出一系列恒定頻率的時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)功率管導(dǎo)通時(shí),隨著電流的增大電流檢測(cè)信號(hào)US也同時(shí)增大,直到同Ue電壓相等時(shí)PWM比較器輸出高電平,使鎖存器輸出轉(zhuǎn)為低電平,功率管關(guān)斷。時(shí)鐘振蕩器輸出的穩(wěn)定時(shí)鐘信號(hào)通過鎖存器控制著三極管的通斷。由此可以看出,由于引入了電流反饋,對(duì)輸出電壓有前饋調(diào)節(jié)作用,提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),由于電感電流直接跟隨誤差電壓的變化,輸出電壓就可以很容易的得到控制。電流內(nèi)環(huán)還使開關(guān)電源變換器易于實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行,有利于實(shí)現(xiàn)變換器的模塊設(shè)計(jì)。
電流控制PWM技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn),如電壓調(diào)整率好;回路穩(wěn)定性好,負(fù)載響應(yīng)快;功耗??;有較好的并聯(lián)能力等等,但同時(shí)它的缺點(diǎn)也是不能忽視的:占空比大于50%時(shí)系統(tǒng)可能出現(xiàn)不穩(wěn)定性,可能會(huì)產(chǎn)生次諧波振蕩;在電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇上也有局限,在升壓型和降壓-升壓型電路中,由于儲(chǔ)能電感不在輸出端,存在峰值電流與平均電流的誤差。針對(duì)這種情況,當(dāng)占空比大于50%時(shí),一般是采用諧波補(bǔ)償?shù)姆椒▉砜朔秉c(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中,由于輸出級(jí)的電感L和電容C的存在,當(dāng)開關(guān)電源的負(fù)載發(fā)生變化時(shí),誤差放大器必須調(diào)整自己的補(bǔ)償以使自己達(dá)到穩(wěn)定,但實(shí)際電路中大都采用集成PWM控制器件,不可能根據(jù)負(fù)載的變化及時(shí)對(duì)誤差放大器做出調(diào)整,系統(tǒng)的自適應(yīng)能力較差。
開關(guān)電源體積小、重量輕、變換效率高, 因此廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。它體積小、重量輕、功率因數(shù)高,具有較高的工作效率,但結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜使它的應(yīng)用受到一定的限制。下面就這個(gè)問題提出一個(gè)可行的解決方法。
2 開關(guān)電源電流PWM控制的基本原理
電流控制的PWM技術(shù)是一種新穎的控制技術(shù),1967年由美國BOSE公司提出。該技術(shù)有不同路線方案來實(shí)現(xiàn),其共同特點(diǎn)是:利用電感電流的反饋直接去控制功率開關(guān)的占空比,以實(shí)現(xiàn)峰值電流對(duì)電壓反饋的跟蹤。下面我們就通過分析利用電流控制的PWM降壓變換器來了解這一技術(shù)的基本原理。
圖1給出了電流控制的PWM降壓變換器的基本組成。
從該電路可以看出,反饋電路由兩部分組成:輸出電壓U0經(jīng)采樣電路(未畫出)得到反饋電壓Uf反饋到誤差放大器的反向端,基準(zhǔn)電壓UR加至誤差放大器同向端,構(gòu)成常規(guī)的電壓反饋,即電壓外環(huán);由電阻RS上檢測(cè)得到的電流反饋信號(hào)US和誤差放大器的輸出Ue分別加至PWM比較器同向端和反向端,構(gòu)成了電流內(nèi)環(huán)。PWM比較器輸出加至觸發(fā)器的R端,時(shí)鐘振蕩器從S端向鎖存器輸出一系列恒定頻率的時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)功率管導(dǎo)通時(shí),隨著電流的增大電流檢測(cè)信號(hào)US也同時(shí)增大,直到同Ue電壓相等時(shí)PWM比較器輸出高電平,使鎖存器輸出轉(zhuǎn)為低電平,功率管關(guān)斷。時(shí)鐘振蕩器輸出的穩(wěn)定時(shí)鐘信號(hào)通過鎖存器控制著三極管的通斷。由此可以看出,由于引入了電流反饋,對(duì)輸出電壓有前饋調(diào)節(jié)作用,提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),由于電感電流直接跟隨誤差電壓的變化,輸出電壓就可以很容易的得到控制。電流內(nèi)環(huán)還使開關(guān)電源變換器易于實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行,有利于實(shí)現(xiàn)變換器的模塊設(shè)計(jì)。
電流控制PWM技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn),如電壓調(diào)整率好;回路穩(wěn)定性好,負(fù)載響應(yīng)快;功耗??;有較好的并聯(lián)能力等等,但同時(shí)它的缺點(diǎn)也是不能忽視的:占空比大于50%時(shí)系統(tǒng)可能出現(xiàn)不穩(wěn)定性,可能會(huì)產(chǎn)生次諧波振蕩;在電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇上也有局限,在升壓型和降壓-升壓型電路中,由于儲(chǔ)能電感不在輸出端,存在峰值電流與平均電流的誤差。針對(duì)這種情況,當(dāng)占空比大于50%時(shí),一般是采用諧波補(bǔ)償?shù)姆椒▉砜朔秉c(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中,由于輸出級(jí)的電感L和電容C的存在,當(dāng)開關(guān)電源的負(fù)載發(fā)生變化時(shí),誤差放大器必須調(diào)整自己的補(bǔ)償以使自己達(dá)到穩(wěn)定,但實(shí)際電路中大都采用集成PWM控制器件,不可能根據(jù)負(fù)載的變化及時(shí)對(duì)誤差放大器做出調(diào)整,系統(tǒng)的自適應(yīng)能力較差。
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