內部電流模式控制

自從二十世紀七十年代后期開始，電流模式的控制方法便被電源供電采用。雖然這種控制方法已應用了二十多年，但一般的業(yè)者仍然不大清楚它的操作方式及特性。大部分工程師只知道開關式電源供應器都采用較熟悉的電壓模式控制方法。對于他們來說，電流模式的控制方法屬于高深的技術，沒有必要去深入鉆研。他們有這種想法，實在令人非常惋惜，因為電源供應系統(tǒng)設計工程師最低限度必須知道電壓模式控制與電流模式控制的基本分別，才真正明白在什么情況下應采用何種控制結構。下文會深入討論電流模式的控制方法。 

 
圖1：電流模式控制器的控制電路結構框圖

電流模式控制系統(tǒng)除了設有電壓反饋電路之外，還設有電感電流反饋環(huán)路。電流模式控制轉換器利用電感電流以及輸出電壓作為誤差輸入信號，調節(jié)PWM（脈沖寬度調制器）。圖1顯示峰值電流模式控制系統(tǒng)的電路簡圖，圖中的峰值電感電流與輸出電壓都由控制電路控制。系統(tǒng)會不停感測電感電流，并將其大小與視為控制電壓(VC)的輸出電壓誤差加以比較。


在電感電流相等于控制電壓前，PWM比較器會一直輸出高電平均（功率開關開啟）。一旦兩者處于同一水平，PWM比較器便會降低輸出，并將開關關閉，然后利用固定頻率時鐘信號設定RS鎖定值，從面啟動下一周期的操作。按照這個操作方式，利用控制電壓便可準確控制電感器的峰值電流。表面上，因為電流環(huán)路的出現，電感器充當一個電流源，并表現出許多電流模式控制系統(tǒng)的特色。

雖然圖2的電路簡圖清楚顯示占空比是由電感電流及輸出電壓得到，但我們很難估算占空比對轉換器的性能有何影響。深入分析小信號的表現有助我們對電流模式控制的重要特性建立初步的了解。

圖1顯示的是峰值電流模式控制的小信號結構框圖。這個控制電路設有兩個反饋環(huán)路：外側的反饋環(huán)路(TV)負責將電壓信息送回，而內側的反饋環(huán)路(Ti)則負責將電流信息送回。電壓環(huán)路的反饋方式與電壓模式控制系統(tǒng)大致相同，例如利用輸出電壓誤差產生補償控制電壓。

電流環(huán)路(Ti)是電流模式控制結構所獨有的。控制電壓(VC)輸入電流環(huán)路之后，會與不斷被感測的電感電流互相比較，然后據此設定占空比。這個占空比的信號會傳送至功率電源級(例如開關元件、電感器及輸出電容器)，以便電源供應級產生相應的電感電流及輸出電壓。然后，電流模式控制系統(tǒng)再通過感測增益Ri將電感電流回饋至電流環(huán)路，以便再與 VC 比較。

若電流環(huán)路已關閉，便會出現以下看似矛盾的情況：第二級兩個L及COUT元件產生單個拐點。我們可以利用反饋理論合理解釋這種現象。利用反饋電路控制電感電流，其實際效果有點像利用電流源為輸出電容器及負載饋送電流。因此，若頻率低于電流環(huán)路的帶寬，電流模式功率級只有一個拐點由 COUT II RLOAD 阻抗決定。 
 
圖2：采用電流模式控制方法的降壓轉換器的電路簡圖(輸出電壓及電感電流同時被感測)。

電流環(huán)路不會只在低頻率操作時才對功率級有影響。根據有關電流環(huán)路的小信號電流干擾的分析顯示，電流環(huán)路與離散時間取樣數據系統(tǒng)極為相似。這類取樣及保持系統(tǒng)的雙極較為復雜，往往是取樣(開關)頻率的很多倍。取樣及保持頻率的次級近似值較為準確，其準確度高達開關頻率的一半，而理論上這是電源供應器帶寬的極限。
波幅 (dB)  頻率 (Hz)
相位 (