高頻開關電源控制方案設計

作者：時間：2012-01-07 來源：網絡

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1電壓電流雙環(huán)控制

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/231342.htm

為了實現(xiàn)輸出電壓電流均可控，通常采用電流模式控制，常用電流模式控制有峰值電流控制法和平均電流控制法。但是，峰值電流控制有以下幾個缺點[1]：

①占空比大于50%的開環(huán)不穩(wěn)定性，存在難以校正的峰值電流與平均電流的誤差；

②閉環(huán)響應不如平均電流模式控制理想；

③容易發(fā)生次諧波振蕩，即使占空比小于50%，也有發(fā)生高頻次諧波振蕩的可能性。因而需要斜坡補償；

④對噪聲敏感，抗噪聲性差。因為電感處于連續(xù)儲能電流狀態(tài)，與控制電壓編程決定的電流電平相比較，開關器件的電流信號上斜坡通常較小，電流信號上的較小噪聲很容易使開關器件改變關斷時刻，使系統(tǒng)進入次諧波振蕩。

2平均電流模式控制PWM

平均電流模式采用雙閉環(huán)控制，其內環(huán)控制輸出濾波電感電流，外環(huán)控制輸出電壓，提高了系統(tǒng)響應速度。圖1為平均電流模式控制PWM的原理圖。

圖1平均電流模式控制原理圖

將誤差電壓信號Ue接至電流誤差信號放大器的同相端，作為輸出電感電流反饋的控制信號Uip。將帶有鋸齒紋波狀分量的輸出電感電流反饋信號Ui，接至電流誤差信號放大器的反相端，跟蹤電流控制信號Uip。Ui與Uip的差值經過電流誤差放大器放大后，得到平均電流跟蹤誤差信號UC。再由UC與三角鋸齒波信號通過比較器比較得到PWM控制信號。UC的波形與電流波形Ui反相，所以，是由UC的下斜坡（對應于開關器件導通時期）與三角波的上斜坡比較產生控制信號。顯然，這就無形中增加了一定的斜坡補償。但為了穩(wěn)定工作，要求電感電流的下降坡度不能大于晶振的坡度。

平均電流模式控制的優(yōu)點是：

①電感電流能夠高度精確地跟蹤電流控制信號；

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。

3小信號分析及電流、電壓環(huán)PI調節(jié)器參數設計

這種控制方式有恒壓和恒流兩種工作方式。當D1導通時，電路工作在恒流模式，此時，電壓環(huán)不起作用，電路相當于單環(huán)控制。當D1截止時，電路工作在恒壓模式下，電路采用串級雙環(huán)控制，電流環(huán)作為電壓環(huán)的內環(huán)，電壓環(huán)PI調節(jié)器的輸出Ue作為電流環(huán)PI調節(jié)器的給定。其電路方框圖如圖2所示。在設計參數時，先設計電流環(huán)的調節(jié)器，獲得穩(wěn)定的內環(huán)，然后得到電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數Tic(s)，并將其作為電壓環(huán)的一個環(huán)節(jié)，如圖3所示，然后設計電壓環(huán)調節(jié)器。這種控制方式的最大的優(yōu)點是，很好地解決了電路的限流問題，使電路具有最快的限流響應速度。但是，這種控制方式的實際限流給定是限流值Uiref加上D1的管壓降，因為D1的管壓降與通過它的電流有關，所以這種控制方式的穩(wěn)流精度不如前面那種控制方式，但可以通過調節(jié)電阻R3，減小D1管壓降的變化量，以提高這種控制方式的穩(wěn)流精度。