开关电源中的电流型控制模式

1、开关电源中的电流型控制模式        摘要：讨论了 开关电源 根据选用不同的PWM控制模式，图1电路中的输入电压Uin、输出电压Uo、开关功率器件电流(可从A点采样)、输出电感电流(可从B或C点采样)均可作为控制信号，用于完成稳压调节过程。目前在 图2检测输出电感电流的电流型控制原理框图 实际电路以单端正激型电源为例，如图3所示。误差电压信号Ue送至PWM比较器后，并不是像电压模式那样与振荡电路产生的固定三角波状电压斜波比较调宽，而是与一个变化的、峰值代表功率开关上的电流信号(由Rs上采样得到)的三角状波形信号

2、(电感电流不连续)或矩形波上端叠加三角波合成波形信号(电感电流连续)比较，然后得到PWM脉冲关断时刻。在电路中，电流的采样通常使用一只在MOSFET源极与地之间串联的电阻完成，有时为了提高效率，也可通过在MOSFET源极上接一只电流互感器获得电流采样信号。图4为各相关点的波形。 图3电路稳压原理可以简述如下：当输入电压变化时，由于变压器的初级电流上升率发生变化，即Ur波形上端的三角波部分的斜率变化，导致Ur与Ue相交的时间提前或滞后，从而使输出脉冲宽度变化，达到输出电压值的稳定；而当负载发生变化时，Ur与Ue同时变大或变小，使得电感电流对输出滤波电容的充电电流发生变化，以保持输出电压稳定。 3

3、电流型控制的优缺点 31电流型控制模式的优点 1)线性调整率（电压调整率）非常好，这是因为输入电压的变化立即反映为电感电流的变化，无须经过误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度，再加上输出电压到误差放大器的控制，使得电压调整率更好。由于对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应快，故适合于负载快速变化时对响应速度要求较高的场所。 2)虽然电源的LC滤波电路为二阶电路，但增加了电流内环控制后，只有当误差电压发生变化时，才会导致电感电流发生变化。即误差电压决定电感电流上升的程度，进而决定功率开关的占空比。因此，可看作是一个电流源，电感电流与负载电流之间有了一定的约束关系，使电感电流不再是独立变量

4、，整个反馈电路变成了一阶电路，由于反馈信号电路与电压型相比，减少了一阶，因此误差放大器的控制环补偿网络得以简化，稳定度得以提高并且改善了频响，具有更大的增益带宽乘积。 开关电源中，由于2个开关器件本身的压降和开关延迟时间不一定完全一致等原因，容易引起变压器的直流偏磁。采用电流型控制，由于峰值电感电流提供自动的磁通平衡功能，可以有效地减少或消除直流偏磁，避免了变压器的磁饱和。 4)具有瞬时峰值电流限流功能，这是由于受控的电流在上升到设定值时，会使PWM停止输出，因此电流型自身具有固有的逐个脉冲限流功能，在电路中不必另外附加限流保护电路；而且这种峰值电感电流检测技术可以较精确地限制最大电流，从而使

5、 开关电源 图4单端正激式电路各相关点波形 图5D<0.5时的波形 图6D>0.5时的波形 图7D>0.5时加斜波补偿后的波形 3)在要求输入输出隔离的电路类型中，对隔离变压器的设计要求较高。例如在单端正激式电路中，为保证从开关管上取样的电流斜波具有一定的斜率，要求变压器初级的电感量较小，但这样会使励磁电流增加，效率下降。因此需要协调好二者的关系。 4）电流型控制不大适合于半桥型 图8不同占空比时，相同峰值电感电流对应的平均电感电流 图9利用斜波补偿消除不同占空比对平均电感电流的影响 (a)斜波补偿加至2端      

6、;        (b)斜波补偿加至3端 图10利用UC1824/43的2种斜波补偿方法 3）提高电流检测精度由于在电流型控制中依靠对电感电流上升斜波的检测完成控制，所以若电流变化率较大，可以提供较好的抗噪声干扰能力和为电流比较器提供较好的信号电平。而采用斜波补偿的方法，等于人为地改善了电感电流上升斜率，使其具有类似于电压控制模式抗噪声裕度较大的优点。 4.2电流型控制的斜波补偿实例 美国UNITRODE公司生产的电流型PWM控制芯片UC1842/43，具有外电路简单，成本较低等优点。关于它的电性能与典型应用这里不再赘述，只简单介绍一下进行斜波补偿的方法。图10说明了UC1842/43的2种斜波补偿方法： 第一种如图10（a）所示，从斜波端（即脚4振荡器输出端）接一个电阻R1至误差放大器反相输入端（脚2），于是误差放大器输出呈斜波状，再与采样电流比较。第二种方法如图10(b)所示，它从斜波端（脚4）接一电阻R2至电流采样比较器正端（脚3），这时将在Rs上的感应电压上增加斜波的斜率，再与平滑的误差电压进行比较。用这2种方法，均能有效地改善电源的噪声特性。 5结语 开关电源的选择，设计和优化具有一定的参考价值。 参考文献 开关电源的原理与设计M.北京：电子 工业出版社，1999.