高頻開關(guān)電源控制方案設(shè)計與研究

作者：時間：2012-03-28 來源：網(wǎng)絡(luò)

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摘要：高頻 開關(guān)電源控制回路傳統(tǒng)的方法是采用電壓模式單閉環(huán)控制，這種控制方法響應(yīng)較慢，也不能對功率器件進行實時電流限制。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。本文對高頻 開關(guān)電源平均電流模式控制方案設(shè)計進行探討。敘詞：高頻控制設(shè)計 Abstract：Voltage-mode single closed-loop control is the usual way to control loop in high-frequency switch power supply control, which is relatively slow in response and also cannot restrict power components from real-time current. Voltage-mode control is usually used to make both out-put voltage and current controllable and general voltage-mode control includes peak current control and average current control. This paper discusses design scheme for average current control in high-frequency switch power supply. Keyword：High frequency, Control, Design
1 電壓電流雙環(huán)控制

本文引用地址：http://2s4d.com/article/177660.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(yīng)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(guān)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(guān)器件改變關(guān)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(nèi)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(yīng)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(jīng)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(yīng)于開關(guān)器件導(dǎo)通時期）與三角波的上斜坡比較產(chǎn)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(diào)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(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計

這種控制方式有恒壓和恒流兩種工作方式。當D1導(dǎo)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(nèi)環(huán)，電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出Ue作為電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的給定。其電路方框圖如圖2所示。在設(shè)計參數(shù)時，先設(shè)計電流環(huán)的調(diào)節(jié)器，獲得穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)，然后得到電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)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(shè)計電壓環(huán)調(diào)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(yīng)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(guān)，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(diào)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。