開關(guān)調(diào)節(jié)器的電流模式控制
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2024-08-06 17:03:12 | 481 次閱讀
在進(jìn)入正題之前,我們先簡單回顧一下最直接的閉環(huán)控制方法。它遵循以下步驟:
輸出電壓通過電阻分壓器反饋至誤差放大器。
誤差放大器產(chǎn)生與縮放輸出電壓和參考電壓之間的差值成比例的誤差信號。
比較器使用誤差信號和外部產(chǎn)生的斜坡信號來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)開關(guān)的PWM波形。
PWM 占空比的變化會(huì)影響輸出電壓。
當(dāng)所有這些集成到一個(gè)經(jīng)過適當(dāng)補(bǔ)償?shù)姆答伃h(huán)路中時(shí),調(diào)節(jié)器將鎖定指定的輸出電壓,并自動(dòng)響應(yīng)線路和負(fù)載變化。這就是我們所說的電壓模式控制。 下面的圖 1 顯示了通用電路的電壓控制設(shè)置。

圖 1.電壓模式控制方案。
電流模式控制
雖然電壓模式控制直觀有效,但它有一個(gè)固有的局限性:電壓變化是在輸出端檢測到的,由于電容的原因,電壓變化必然是逐漸變化的,而且在輸出端也會(huì)觀察到主要控制變量(PWM 占空比)的影響。因此,閉環(huán)控制動(dòng)作必須從輸出端一直傳播到輸出端。這會(huì)減慢過程速度,使電壓模式控制成為一種處理線路或負(fù)載波動(dòng)的相當(dāng)滯后的方法。
CMC 從根本上改變了控制環(huán)路的傳遞函數(shù)。其基本原理是,通過對功率級內(nèi)部電感器L o的電流進(jìn)行采樣(圖 2),并將此信息納入反饋環(huán)路,電路可以通過電感器電流調(diào)節(jié)輸出電壓。換句話說,直接控制的變量是功率級的電感器電流,輸出電壓通過調(diào)節(jié)電感器電流而自我調(diào)節(jié)。 DC-DC 降壓轉(zhuǎn)換器功率級示例

與電壓模式控制相比,CMC 顯著增加了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。盡管如此,它仍是一種可行的方法,可以縮短響應(yīng)時(shí)間并簡化環(huán)路補(bǔ)償,而不會(huì)嚴(yán)重降低電路性能。
CMC操作
雖然細(xì)節(jié)會(huì)隨著轉(zhuǎn)換器拓?fù)浜退鶎?shí)施的 CMC 類型的不同而有所不同,但圖 3 中的圖表應(yīng)該可以讓您了解如何將電流模式控制納入降壓轉(zhuǎn)換器。 該圖顯示了降壓轉(zhuǎn)換器的電流模式控制,更具體地說是峰值電流模式控制。

電流檢測電阻 ( R SENSE ) 產(chǎn)生的電壓與電感電流成比例。請注意,我使用“電感電流”一詞有些寬泛——流過檢測電阻的電流并不總是與流過電感的電流相同。在上圖中,檢測電阻位于電感的輸出側(cè),與電感串聯(lián),R SENSE兩端的電壓始終與瞬時(shí)電感電流成正比。
還可以將檢測電阻定位在功率級中,使其與開關(guān)串聯(lián)。這樣會(huì)在開關(guān)周期的接通部分產(chǎn)生與電感電流成比例的電壓。但是,對于升壓轉(zhuǎn)換器,電感與輸入電源串聯(lián)。要與電感串聯(lián),檢測電阻必須位于電路的輸入側(cè)。
如圖所示,電壓反饋仍然存在——感應(yīng)電感電流不會(huì)取代感應(yīng)輸出電壓。相反,這兩種測量方法結(jié)合在一起,使環(huán)路能夠通過控制電感電流來響應(yīng)輸出偏差。接下來,我們將討論實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的兩種不同方法。
峰值電流模式控制與平均電流模式控制
峰值 CMC 和平均 CMC 代表控制電感電流的兩種不同方式。峰值 CMC 是指將電感電流(由R SENSE和放大器轉(zhuǎn)換為電壓)與誤差信號進(jìn)行比較。由此產(chǎn)生 PWM 波形,當(dāng)瞬時(shí)電感電流達(dá)到指定幅度時(shí),該波形會(huì)關(guān)閉開關(guān)。
對于平均 CMC,對應(yīng)于電感電流的電壓被傳送到集成電流誤差放大器。該放大器的輸出成為 PWM 生成比較器的輸入。外部生成的斜坡信號提供比較器的另一個(gè)輸入。
我們上面檢查的通用 CMC 圖顯示了峰值 CMC 方案。平均 CMC 看起來更像圖 4。 該圖表顯示了降壓轉(zhuǎn)換器的平均 CMC 設(shè)置。

平均 CMC 解決了峰值 CMC 的缺點(diǎn),但它并不一定更勝一籌——照例,每種方法都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。雖然平均 CMC 具有顯著的理論優(yōu)勢,但這些優(yōu)勢并不總是能轉(zhuǎn)化為物理電路性能的明顯提升。
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