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 | 476 次閱讀
在進入正題之前,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)動開關(guān)的PWM波形。
PWM 占空比的變化會影響輸出電壓。
當(dāng)所有這些集成到一個經(jīng)過適當(dāng)補償?shù)姆答伃h(huán)路中時,調(diào)節(jié)器將鎖定指定的輸出電壓,并自動響應(yīng)線路和負載變化。這就是我們所說的電壓模式控制?! ∠旅娴膱D 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,而且在輸出端也會觀察到主要控制變量(PWM 占空比)的影響。因此,閉環(huán)控制動作必須從輸出端一直傳播到輸出端。這會減慢過程速度,使電壓模式控制成為一種處理線路或負載波動的相當(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)時間并簡化環(huán)路補償,而不會嚴重降低電路性能。
CMC操作
雖然細節(jié)會隨著轉(zhuǎn)換器拓撲和所實施的 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?! ≡搱D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,我們將討論實現(xiàn)這一點的兩種不同方法。
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)與誤差信號進行比較。由此產(chǎn)生 PWM 波形,當(dāng)瞬時電感電流達到指定幅度時,該波形會關(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,但它并不一定更勝一籌——照例,每種方法都有優(yōu)點和缺點。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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