高频开关电源的电流峰值控制

2020-05-18      1384 次浏览

假设BuckpWM转换器工作在电流持续模式。则图1(b)所示即为峰值电流型pWM控制系统的工作波形图。开关电流iv的峰值与电感电流iL的峰值相同。在一个开关周期的开始,由时钟脉冲信号CLK通过触发器去驱动开关管V的导通,当电流iv的检测信号峰值达到电流给定值Ue(即外环电压调节器的输出)时,触发器翻转,开关管V关断。因此只要系统中的电流稍有转换时,占空比Du就可以快速地出现调节用途,使输出电压U。接近于给定值Ur。


图1BuckpWM转换器峰值电流型控制系统原理


峰值电流型pWM控制的优点是:消除了输出滤波电感在系统传递函数中出现的极点,使系统传递函数由二阶降为一阶,解决了系统有条件的环路稳定性问题:具有良好的线性调整率和快的动态响应;固有的逐个开关周期的峰值电流限制,简化了过载保护和短路保护;多个电源模块并联时容易实现均流。其缺点是:不能准确地控制电感的平均电流,回路的增益对市电电网电压变化敏感,开关噪声容易造成开关管的误动作(即抗干扰性差)等。更为重要的是,关于最常用的pWM调制方式,当占空比D>0.5时,电流环不能稳定,并导致开关频率降低,电流、电压的纹波增大。这时要外加周期性的斜坡函数来补偿,以使系统稳定如图2所示。在电流调节器的输人端,外加一个补偿锯齿波ux与给定电流Uc合成一个斜率为Mc的斜坡函数(倒锯齿波)u′c。u′c=Uc-ux然后iV或iL与u′c比较后,出现宽度为Du的脉冲如图2(b)所示。


峰值电流型脉宽调制的稳定性分析如下:


图2加斜坡补偿的脉宽调制器


参考图1,假设电感电流iL是持续的,在稳按时,在开关管V的导通期间,iL上升,其变化率diL/dt为


在V关断期间,电流iL下降,其变化率为


占空比D,与电流变化率的关系为


以输入电压的扰动(ui减小)为例,来分析系统的响应过程(为了使分析简化,假设此时Uo还未来得及变化):Ui=Ui—△u


由式(9-1)和式(9-2),ui减小使电流的变化率由M1,变化到m1,


mL=Ml+△m1

式中△m1——电流变化率改变前后的差值。


m2=M2d=Du-△d


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