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高頻開關電源的電流峰值控制

作者: 時間:2012-09-27 來源:網絡 收藏

  假設Buck PWM轉換器工作在電流連續模式。則圖1(b)所示即為峰值電流型PWM控制系統的工作波形圖。開關電流iv的峰值與電感電流iL的峰值相同。在一個開關周期的開始,由時鐘脈沖信號CLK通過觸發器去驅動開關管V的導通,當電流iv的檢測信號峰值達到電流給定值Ue(即外環電壓調節器的輸出)時,觸發器翻轉,開關管V關斷。因此只要系統中的電流稍有轉換時,占空比Du就可以快速地產生調節作用,使輸出電壓U。接近于給定值Ur。

高頻開關電源的電流峰值控制

  圖1 Buck PWM轉換器峰值電流型控制系統原理

  峰值電流型PWM控制的優點是:消除了輸出濾波電感在系統傳遞函數中產生的極點,使系統傳遞函數由二階降為一階,解決了系統有條件的環路穩定性問題:具有良好的線性調整率和快的動態響應;固有的逐個開關周期的峰值電流限制,簡化了過載保護和短路保護;多個電源模塊并聯時容易實現均流。其缺點是:不能準確地控制電感的平均電流,回路的增益對市電電網電壓變化敏感,開關噪聲容易造成開關管的誤動作(即抗干擾性差)等。更為重要的是,對于最常用的PWM調制方式,當占空比D>0.5時,電流環不能穩定,并導致開關頻率降低,電流、電壓的紋波增大。這時需要外加周期性的斜坡函數來補償,以使系統穩定如圖2所示。在電流調節器的輸人端,外加一個補償鋸齒波ux與給定電流Uc合成一個斜率為Mc的斜坡函數(倒鋸齒波)u′c。

  u′c=Uc-ux
  然后iV或iL與u′c比較后,產生寬度為Du的脈沖如圖2(b)所示。

  峰值電流型脈寬調制的穩定性分析如下:

加斜坡補償的脈寬調制器電路圖

  圖2 加斜坡補償的脈寬調制器

  參考圖1,假設電感電流iL是連續的,在穩定時,在開關管V的導通期間,iL上升,其變化率diL/dt為

  在V關斷期間,電流iL下降,其變化率為

  占空比D,與電流變化率的關系為



  以輸入電壓的擾動(ui減?。槔?,來分析系統的響應過程(為了使分析簡化,假設此時Uo還未來得及變化):
  
  Ui=Ui—△u

  由式(9-1)和式(9-2),ui減小使電流的變化率由M1,變化到m1,

  mL=Ml+△m1M1

  式中 △m1——電流變化率改變前后的差值。

  m2=M2
  d=Du-△d



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