电源的控制模式

1 分类

电源的控制模式，主要包括电压控制模式和电流控制模式。下面进行介绍。

2 电压型控制

原理：采样输出电压进行pwm控制。典型的芯片有TL494。

下面是buck电路电压型控制的原理框图：

等效的控制框图如下：

电压控制的特点如下：

优点：

• 抗噪声干扰
• 开关频率固定

缺点：

• 负载瞬态响应差，调节慢，因为只有感受到输出电压的变化，经过滤波后才能调节电压。
• 需要三型补偿。

3 电流型控制

原理：采用电感电流或者原边电流进行控制。

电流控制的原理框图如下，包括电压外环和电流内环：

电流控制可以分为多个不同类型的控制方案：峰值、谷值、仿真、滞环和平均。下面主要介绍常规的两种，峰值电流控制和平均值电流控制。

3.1 峰值电流控制

下面是峰值电流模式下的原理示意图。典型的芯片有UC3842。

原理：将高侧mos电流作为锯齿波与电压误差进行比较，生成pwm波。

峰值电流模式的特点如下：

优点：

• 暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快。
• 控制环易于设计。
• 有固有的逐个脉冲限流功能。
• 自动均流并联功能。

缺点：

• 占空比大于50%的开环不稳定性，容易发生次谐波振荡，因而需要谐波补偿。
• 存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差。这对高功率因数的boost电路影响大，因为只有两者误差小了，PF值才好。
• 闭环响应不如平均电流模式控制理想。
• 对噪声敏感，抗噪声性差，特别是输入小负载时，开关器件的电流信号的电流信号的上谐波通常较小，电流信号上的较小的噪声就很容易使得开关器件改变关断时刻，使系统加入次谐波振荡。
• 电路拓扑受限制。
• 对多路输出电源的交互调节性能不好。

3.2 平均电流控制

下图是平均电流模式的原理框图。

不同于峰值电流模式，平均值电流采样后一般通过一个电流误差放大器，再与锯齿波比较。这里的平均值指的是电流经过电感和运放处理。

优点：

• 平均电感电流能够高度精确地跟踪电流信号。
• 不需要谐波补偿。
• 抗噪声性能优越。
• 适合于任何电路拓扑对输入或输出电流的控制。
• 易于实现均流。

缺点：

• 电流放大器在开关频率处的增益有最大限制。
• 双闭环放大器带宽、增益等配合参数设计调试复杂。

3.3 峰值电流与平均电流的比较

• 若电感纹波下，峰值电流控制接近于平均值电流控制。
• 峰值电流模式中，电流检测信号直接与电压误差信号进行比较，电流检测信号没有经过电流放大器的处理，因此峰值电流模式中，容易受到噪声的干扰。而平均电流模式中，输出电流的波形带有锯齿波分量，与电压误差信号进行比较放大时，电流误差放大器CEA的外接和补偿网络会对电流信号做平均化的处理，从而得到代表跟踪平均电流的误差信号控制PWM信号的关断。
• 由于平均值电流比较时，带有锯齿波，所以不需要谐波补偿。

4 三种方式对比

• 在动态响应性能要求高的场合采用峰值电流模式，在噪声较大的场合下就采用电压模式或者平均电流模式，而既要动态性能好而且噪声大的就采用平均电流模式。
• 平均电流模式和电压模式的对比都是锯齿波，所以不需要斜率补偿，而峰值电流模式需要。
• 平均值电流模式相比于电压模式多了一个电流误差放大器。