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1、开关电源两种控制模式的分析与比较AnalysisandCompareofTwoControlModesinSwitchingPowerSupply西安交通大学王创社乐开端谭玉山(西安710049)西安理工大学杜忠(西安710048)摘要:描述了开关电源电压型和电流型反馈控制模式,分析比较了其优缺点。对电流型控制模式的不足之处,通过分析给出了解决办法,并指出,为克服电压型控制模式的主要缺点可采取其它途径。最后给出不同应用电路反馈控制类型的选取原则。Abstract:Thepaperdescribestwocontrolmodesforswitchingpowers
2、upply,theiradvantagesanddisad2vantagesareanalyzedandcompared.Currentmodeisbetter,buthassomedisadvantages,themethodtoover2comethemispresented.therearealsosomewaysforovercomingthemaindisadvantagesofvoltagemode.Intheend,someprinciplesforchosingthecontrolmodeaccordingtodifferentapplicati
3、onsaregiven.叙词:电压控制电流控制变换器/开关电源Keywords:voltagecontrolmode;currentcontrolmode;converter;switchingpowersupply的方法稳压,响应速度慢,稳定性差,甚至在大信号变动时产生振荡,从而损坏功率器件,以致在推挽和全桥等电路中引起变压器偏磁化饱和而产生电流尖峰,最终导致线路工作失常1。电流型控制器正是针对电压型控制器的缺点发展起来的。它增加了电流反馈环,电感电流不再是一个独立变量,从而使开关变换器成为一个一阶无条件的稳定系统,它只有单个极点和90°相位滞后,因而很容易不
4、受约束地得到大的开环增益和完善的小信号、大信号特性。前言1传统PWM开关稳压电源采用电压型控制模式,只对输出电压采样并作为反馈信号实现闭环控制,以稳定输出电压。在其控制过程中,电源电路中的电感电流未参与控制,是独立变量,开关变换器为二阶系统,有两个状态变量,即输出滤波电容的电压和输出滤波电感的电流。二阶系统是一个有条件的稳定系统,只有对控制电路进行精心设计和计算,满足一定条件,方能使闭环系统稳定工作。开关电源的电流均流经电感,将使滤波电容上的电压信号对电流信号产生90°延迟。因此,仅用电压采样两种控制模式的基本原理图1分别示出两种控制模式的基本原理。2(a)电压
5、型(b)电流型图1电压模式控制和电流模式控制如图1a,电源输出电压Uo与参考电压Uerf经误差放大器A比较放大后,又经PWM比较器N比较,由锁存器输出占空比随误差电压信号Ue变化的一系列脉冲,再驱动控制用开关电源两种控制模式的分析与比较79的开关晶体管VT,使输出电压Uo稳定。由图1b可见,它是一个双环控制系统,既保留了电压型控制器的输出电压反馈控制部分,又增加了一个反馈环节,它的电路工作原理是:Uo与Uerf经A比较放大后,得到Ue,由恒频时钟脉冲置位锁存器输出脉冲驱动VT管导通,电源电路中因输出电感的作用使脉冲电流逐渐增大,当电流在采样电阻Rs上的电流信号电
6、压Us幅度达到Ue电平时,脉宽比较器的状态反转,锁存器复位,驱动撤除,功率管关断,电路逐个地检测和调节电流脉冲,控制电源输出2。3电流型控制与电压型控制的比较电压型控制的优点是:①单环反馈的设计和分析较易进行;②锯齿波振幅较大,对稳定的调制过程可提供较好的噪声余裕;③低阻抗功率输出,对多输出电源具有较好的交互调节特性。电压型控制的缺点是:①任何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控制调节。这意味着动态响应速度较慢;②输出滤波器对控制环增加了两个极点,这就需要增加一个零点补偿;③由于环路增益随输入电压而变,使得补偿变得更加复
7、杂化。电流型控制的优点是:①具有良好的线性调整率和快速的输入输出动态响应;②消除了输出滤波电感带来的极点和系统的二阶特性,使系统不存在有条件的环路稳定性问题,具有最佳的大信号特性;③固有的逐个脉冲电流限制,简化了过载保护和短路保护,在推挽电路和全桥电路中具有自动磁通平衡功能。多电源单元并联易于实现自动均流。电流型控制的缺点是:①需要双环控制,增加了电路设计和分析的难度;②因电流上升率不够大,在没有斜坡补偿时,当占空比大于50%时,控制环变得不稳定,抗干扰性能差;③因控制信号来自输出电流,功率级电路的谐振会给控制环带来噪声;④因控制环控制电流,使负载调整率变差,在
8、多路输出时,需要耦合电感
