基于电流模式的多相电源的分析与设计

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1、第二章多相DC．DC变换器的基本理论PWM调制方式在开关电源中使用较为普遍，它具有如下优点：线性调整率高，输出电压纹波小，在负载较重的情况下效率很高。但是PWM在轻负载时效率下降快的是其不足之处。2．2．2PFM调制方式开关电源中还有一种调制方式称为脉冲频率调制方式(Pulse．FrequencyModulation,缩写为PFM)。与PWM调制方式有所区别的是，PFM调制方式固定导通时间，根据被控制信号与基准信号的差值调节开关器件的导通、关断的频率，使得开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定。其工作波形如图2．5所示。图2．5PFM工作原理图PFM调制方式在轻

2、负载下效率高，频率特性好，克服了PWM在轻载时效率低下的问题。但是PFM也有不足之处，它的负载调整范围窄，同时它频率随时在变，容易影响其他设备，增加了滤波的成本。对比两种调制方式特点。出于从系统集成以及重载时的效率因素考虑，本文选取PWM调制方式。2．3DC．Dc变换器控制模式2．3．1电压模式控制电压模式控制PWM是60年代后期发展起来的一种控制方法。该方法与一些必要的过流保护电路相结合，至今仍然在工业界很好地被广泛应用。图2-6为Buck型电压模式PWM调制DC．DC变换器原理框图。图2-6电压模式PWM调制DC．DC变换器原理图工作原理：电压模式控制是将采样

3、到的输出电压与一个基准电压‰f进行比较放大后输入PWM比较器的负端，比较器的另一端是同定频率的三角斜波。比较器的输出是驱动和控制逻辑模块的输入。当输出7东南大学工程硕士学位论文电压偏低时，误差放大器输出‰，增大，导致PWM比较器的输出端占空比减小，通过驱动和逻辑控制模块后，增加开关管导通时间，使得电压升高，进而形成负反馈控制，最终使得输出电压稳定。优点：电压模式控制只有一个控制环路，因此结构相对简单；PWM三角波幅值较大，因此脉冲宽度调节时具有较好的抗噪声裕量。缺点：因为输入电压或输出负载的变化必须首先转化为输出电压的变化，然后再经反馈环采样反馈后调节，所以电压模

4、式控制的动态响应速度较慢。2．3．2峰值电流模式控制峰值电流模式控fl；lJ(Peakcurrentmodecontrol，缩写PCM)的Buck型DC．DC系统如图2．7所示。与电压模式相比，它增加了电流内环的电感电流检测环节、斜坡补偿电路，RS触发器和时钟输入等电路。对于电压反馈环，误差电压直接进入PWM比较器参与占空比的调节，因为是电感电流峰值与误差电压比较，因此称为峰值电流模式控制。对于电流内环，它感应电感电流瞬时值，并通过采样放大器放大感应到的电流，再通过感应电阻将感应电流转换为感应电压，与补偿斜坡叠加，再与误差放大器输出％比较。增加了电流环后，电感电流

5、可实时参与占空比调节，因此电流模式比电压模式具有更快的负载变化响应速度。VinN淑脉冲波输入Vpul∞Vref图2．7峰值电流模式控制Buck结构DC．DC系统结构工作原理如下：首先外接窄脉冲输入，RS触发器输出端Q被置位，经过奇数级驱动电路，功率开关管MP导通，整流管MN关断，电感电流线性上升。外接窄脉冲在很短时间内就恢复为低，从而RS触发器处于保持状态。此时开关管MP一直导通，电感电流增加，当电感电流上升到某一值时，它与补偿斜坡的和大于误差电压，PWM比较器状态翻转，R被置l，Q端为低，MP关断，MN导通，电感电流线性下降，当电感电流瞬时值与外接斜坡之和小于误

6、差电压，R恢复为0，RS触发器处于保持状态，直到下一个窄脉冲输At”i。补偿斜坡的频率必须与振荡器频率相同才能保证逐个周期进行电流调节。RS触发器每个周期都对驱动电路进行置位，大大提高了抗干扰能力。PCM优点：(1)瞬态响应变快。电流模式实际上是个双环控制系统，外环电压环检测电压，内环电流环检测电流。因为检测到的电流可以在本周期内就参与反馈控制，因此在瞬态响应方面由于电压单环控制模式。8第二章多相DC．DC变换器的基本理论(2)峰值电流模式通过检测峰值电流控制开关管的关断，因此天生具有了限流保护功能，不会使得开关管流过太大电流而烧坏，提高了系统可靠性。(3)电流模

7、式“控制到输出”环路补偿好时近似为一阶函数；而电压模式由于LC低通滤波环的共轭极点引起的谐振峰，补偿比电流模式复杂些。PCM缺点：(1)PCM控制是通过峰值控制，但事实上负载电流是与电感电流平均值相等，因此用PCM方式控制存在着误差；(2)在占空比信号大于50％，发生扰动时电感电流不收敛，系统不稳定，因此要加入补偿斜波。(3)比电压电环控制多了一个反馈回路，因此电路复杂度提高。2．3．3平均电流模式控制平均电流控制模式(AverageCurrentMode，缩写ACM)是以电感电流的平均值作为电流环的控制信号，在一个开关周期内电感电流的积分与电感电流平均值成正比，

8、因此通过控