數(shù)字控制挑戰(zhàn)傳統(tǒng)電源設(shè)計理念VMC、CMC

電源設(shè)計之初所要求的基本決定之一是：采用電壓模式控制(VMC)還是采用電流模式控制(CMC)。對任何設(shè)計而言，交易存在于兩個執(zhí)行方法之間。然而，由于數(shù)字控制方法的引入，這些已被嘗試并值得信賴的交易正面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。本文將研究這條繪制的主線，以及數(shù)字控制是如何在是否采用VMC還是采用CMC的交鋒中成為一種不可阻擋的再認知的。

方法

大量詳實的材料充分的描述了電流模式控制和電壓模式控制，因此本文只作一下簡單的回顧。VMC由單個控制環(huán)路組成，該環(huán)路采用輸出電壓作為反饋信號。輸出電壓改變之后環(huán)路重新動作產(chǎn)生一個瞬時響應(yīng)去替換。由于我們的目標是要維持一個恒定輸出電壓，因此緩慢響應(yīng)是一個明顯的缺陷。CMC添加了一個外部反饋環(huán)路。除電壓控制環(huán)路外，它還對電流流向敏感以及對峰值電流到達時電源開關(guān)的關(guān)斷動作敏感。電流信號作為主要的控制環(huán)路。也許有人會認為VMC和CMC比較會有更緩慢的響應(yīng)，但這種觀點是不正確的，因為環(huán)路響應(yīng)最終是由系統(tǒng)帶寬決定的。兩種方法都可以設(shè)計出相同的環(huán)路帶寬，因此VMC并不一定必然比CMC慢。

克服VMC問題

由此，讓我們研究一下傳統(tǒng)觀念，即為何VMC或CMC會成為首選方案。在推挽或全橋式電路拓撲中，流向開關(guān)電路兩個管腳的電流也許并不總是相等。這將會導(dǎo)致FET失衡或定時錯誤。其網(wǎng)絡(luò)影響是會在變壓器上產(chǎn)生直流建立，這將會迅速的導(dǎo)致變壓器核飽和。傳統(tǒng)的方法是采用一個電容和主變壓器串聯(lián)起來。

該直流阻塞電容可耦合交流信號，這樣可以阻止變壓器核的飽和。這樣做的缺點是要和主電源路徑串聯(lián)，因此它必定是一個可靠器件。要求可供1kW電源使用、10uF等級的阻塞電容的額定值必定要超過全電壓波動。而且，變壓器通常都要采用冗余設(shè)計來抑制飽和。由于CMC的控制環(huán)路在超過兩個管腳相同電流極限時關(guān)斷了電源開關(guān)，因此CMC并不會因此表象受損。這意味著變壓器中沒有直流電流建立。

圖1描述了數(shù)字控制是如何解決這個問題的?？刂破鳒y量每個半橋電路的電流并計算其差值。差值信號驅(qū)動主PWM信號對失衡進行補償。從概念上來說，此方法和CMC是相似的，這可以視為平均CMC而不是峰值CMC。

圖1：帶有集成電壓次級平衡電路的數(shù)字控制器。

環(huán)路穩(wěn)定性和濾波

由于CMC環(huán)路近似為單極性滾輪(每十年-20°dB)的控制輸出傳遞功能，所以通常認為穩(wěn)定CMC環(huán)路要比穩(wěn)定VMC環(huán)路要容易。VMC環(huán)路近似為雙極性滾輪(每十年-40°dB)的傳遞控制，這樣使得補償網(wǎng)絡(luò)變得更加復(fù)雜。在另外一個領(lǐng)域里，數(shù)字控制在這場交鋒中呈現(xiàn)出了一個全新面貌。用戶友好型的圖形用戶接口(GUI)的出現(xiàn)意味著環(huán)路補償已成為了簡單任務(wù)。設(shè)計者輸入所需的濾波器響應(yīng)，GUI就會計算濾波器實現(xiàn)響應(yīng)所需的系數(shù)。不僅一個良好設(shè)計的GUI去掉了外部復(fù)雜性，而且也前進了一大步，因為它使得整個補償程序比以前簡單了很多。

圖2：濾波器補償圖形用戶接口。