電源變換器中電流模式和電壓模式相互轉(zhuǎn)化

1、電源變換器中電流模式和電壓模式相互轉(zhuǎn)化電源變換器中電流模式和電壓模式相互轉(zhuǎn)化摘要：摘要：本文先簡(jiǎn)單的介紹了電流模式和電壓模式的工作原理和這兩種工作模式它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)；然后探討了理想的電壓模式利用輸出電容ESR取樣加入平均電流模式和通過(guò)輸入電壓前饋加入電流模式的工作過(guò)程。也討論了電流模式在輸出輕載或無(wú)負(fù)載時(shí)，在使用大的電感或在占比大于0.5加入斜坡補(bǔ)償后，系統(tǒng)會(huì)從電流模式進(jìn)入電壓模式工作過(guò)程。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：電流模式，電壓模式，轉(zhuǎn)化，斜

2、坡補(bǔ)償MutualVariationbetweenCurrentModeVoltageModeinPowerSupplyConverter(AOSSemiconductCo.Ltd.Shanghai201203)Abstract:Abstract:Theoperationprinciplefeaturesofcurrentmodevoltagemodeareintroducedinthispaper.Theconverteratvolt

3、agemodewillowngooddynamicperfmancesofcurrentmodewhencurrentsignalviaESRofoutputcapacitanceinputvoltagefwardfeedbackisimposedintocontrolloopofvoltagemode.Theconverteratcurrentmodewillgointovoltagemodeatlightnoloadhighvalu

4、einductanceslopecompensationwithabove0.5dutycycle.KeyKeywds:wds:CurrentmodeVoltagemodeAlternationSlopeCompensation目前，電壓模式和電流模式是開關(guān)電源系統(tǒng)中常用的兩種控制類型。通常在討論這兩種工作模式的時(shí)候，所指的是理想的電壓模式和電流模式。電流模式具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定性好和反饋環(huán)容易設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，其原因在于電流取樣信號(hào)參與反饋

5、，抵消了由電感產(chǎn)生的雙極點(diǎn)中的一個(gè)極點(diǎn)，從而形成單階的系統(tǒng)；但正因?yàn)橛辛穗娏魅有盘?hào)，系統(tǒng)容易受到電流噪聲的干擾而誤動(dòng)作。電壓模式由于沒有電流取樣信號(hào)參與反饋，系統(tǒng)也就不容易受到電流噪聲的干擾。然而，在實(shí)際的應(yīng)用中，通?？此茷殡妷耗Ｊ降拈_關(guān)電源系統(tǒng)，即系統(tǒng)沒有使用電流取樣電阻檢測(cè)電流信號(hào)，但也會(huì)采用其它的方式引入一定程度的電流反饋，從而提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響，如：利用輸出電容ESR取樣加入平均電流模式，通過(guò)輸入電壓前饋加入電流模式。另一方面，看

6、似為電流模式的開關(guān)電源系統(tǒng)，在輸出輕載或無(wú)負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)會(huì)從電流模式進(jìn)入電壓模式。在使用大的電感時(shí)，或在占比大于0.5加入斜坡補(bǔ)償后，系統(tǒng)會(huì)從電流模式向電壓模式過(guò)渡。本文將討論這些問題，從而幫助工程師在遇到系統(tǒng)不穩(wěn)定的時(shí)候從理論上分析，找到解決問題的辦法。1電壓模式的工作原理電壓模式的工作原理電壓模式的控制系統(tǒng)如圖1所示。反饋環(huán)路只有一個(gè)電壓環(huán)，電壓外環(huán)包括電壓誤差放大器，反饋電阻分壓器和反饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)。電壓誤差放大器的同相端接到一個(gè)參考電

7、壓Vref，容或鉭電容穩(wěn)定控制回路以維持良好的高頻響應(yīng)；在相同均方根工作電流的需求下，相同電容值的電解電容或鉭電容比陶瓷電容的體積更大，同時(shí)輸出電壓的波動(dòng)也更大。同時(shí)，由于環(huán)路的增益是輸入電壓的函數(shù)需要輸入電壓前饋。用于限流控制的電流檢測(cè)緩慢不準(zhǔn)確。如果多個(gè)電源和多個(gè)并聯(lián)相位操作需要外部電路進(jìn)行均流控制。另一方面，由于電流信號(hào)不參與反饋，系統(tǒng)不會(huì)受到電流噪聲的干擾。電壓模式的反饋設(shè)計(jì)通常取穿越頻率為15110的開關(guān)頻率。環(huán)路補(bǔ)償采用II

8、I類補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)：3個(gè)極點(diǎn)和2個(gè)零點(diǎn)[1]。2個(gè)零點(diǎn)安排在LC諧振雙極點(diǎn)附近，以抵消雙極點(diǎn)產(chǎn)生的相位延遲；低頻積分電路用以提高的低頻直流增益；2個(gè)高頻極點(diǎn)以產(chǎn)年高頻噪聲衰減，保證在0dB穿越頻率以上環(huán)路增益保持下降。2電流模式的工作原電流模式的工作原電流模式的控制系統(tǒng)如圖2所示。在電流模式的結(jié)構(gòu)中，反饋有二個(gè)環(huán)路：一個(gè)電壓外環(huán)，另一個(gè)是電流的內(nèi)環(huán)。電壓外環(huán)包括電壓誤差放大器，反饋電阻分壓器和反饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)。電壓誤差放大器的同相端接到一個(gè)參考電

9、壓Vref，反饋電阻分壓器連接到電壓誤差放大器反相端VFB，反饋環(huán)節(jié)連接到VFB和電壓誤差放大器的輸出端ITH。若電壓型放大器是跨導(dǎo)型放大器，則反饋環(huán)節(jié)連接到電壓誤差放大器的輸出端ITH和地。目前，在高頻DCDC的應(yīng)用中，跨導(dǎo)型放大器應(yīng)用更多。本文就以跨導(dǎo)型放大器進(jìn)行討論。輸出電壓微小的變化反映到VFB管腳，VFB管腳電壓與參考電壓的差值被跨導(dǎo)型放大器放大，然后輸出，輸出值為VITH，跨導(dǎo)型放大器輸出連接到電流比較器的同相端，電流比較器

10、的反相端輸入信號(hào)為電流檢測(cè)電阻的電壓信號(hào)VSENSE。由此可見，對(duì)于電流比較器，電壓外環(huán)的輸出信號(hào)作為電流內(nèi)環(huán)的給定信號(hào)。對(duì)于峰值電流模式，工作原理如下：在時(shí)鐘同步信號(hào)到來(lái)時(shí)，高端的主開關(guān)管開通，電感激磁，電流線性上升，電流檢測(cè)電阻的電壓信號(hào)也線性上升，由于此時(shí)電壓外環(huán)的輸出電壓信號(hào)高于電流檢測(cè)電阻的電壓，電流比較器輸出為高電壓；當(dāng)電流檢測(cè)電阻的電壓信號(hào)繼續(xù)上升，直到等于電壓外環(huán)的輸出電壓信號(hào)時(shí)，電流比較器的輸出翻轉(zhuǎn)，從高電平翻轉(zhuǎn)為低電