開關(guān)型DC／DC變換器電壓、電流控制的基本原理

　　脈寬調(diào)制（PWM）型高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源只對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，實(shí)行的是閉環(huán)控制，這種控制方式屬電壓控制型，是一種單環(huán)控制系統(tǒng)。而電流控制型DC／DC開關(guān)變換器是在電壓控制型的基礎(chǔ)上，增加了電流反饋環(huán)，形成了雙環(huán)控制系統(tǒng)，這使得高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有所提高，是目前較為理想的工作方式。

　?。?）電壓控制型的基本原理
　　電壓控制型的基本原理圖如圖1所示。電源輸出電壓UOUT與參考電壓UREF比較放大，得到誤差信號(hào)UE再與斜坡信號(hào)比較后，由PWM比較器輸出一定占空比的系列脈沖，這就是電壓控制型的基本原理。其最大缺點(diǎn)是：控制過程中電源電路內(nèi)的電流值沒有參與進(jìn)去。這是因?yàn)楦哳l開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電流是流經(jīng)電感的，故其對(duì)于電壓信號(hào)有90°的相位延遲。然而對(duì)于穩(wěn)壓電源來說，應(yīng)當(dāng)考慮電流的大小，以適應(yīng)輸出電壓的變化和負(fù)載的需求，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。因此僅采用輸出電壓采樣的方法時(shí)，其響應(yīng)速度慢，穩(wěn)定性差，甚至在大信號(hào)變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生振蕩，會(huì)造成功率管損壞等故障。

　　圖1 電壓控制型原理

　?。?）電流控制型的基本原理
　　電流控制型正是基于電壓控制型的缺點(diǎn)而發(fā)展起來的，從如圖2所示的電路中可以看到，它除保留了電壓控制型的輸出電壓反饋外，又增加了一個(gè)電流反饋環(huán)節(jié)。所謂電流控制型，就是在脈寬比較器的輸入端將電流采樣信號(hào)與誤差放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，以此來控制輸出脈沖的占空比，使輸出的峰值電流跟隨誤差電壓變化。

　　圖2 電流控制型原理

　　電流控制型的工作原理是：首先采用恒頻時(shí)鐘脈沖置位鎖存器的輸出脈沖驅(qū)動(dòng)功率管，使其導(dǎo)通，此時(shí)電源回路中的電流脈沖逐漸增大，當(dāng)電流在采樣電阻Rs兩端的電壓幅度達(dá)到UE時(shí)，脈寬比較器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，鎖存器復(fù)位，驅(qū)動(dòng)撤除，功率管截止，這樣逐個(gè)檢測(cè)和調(diào)節(jié)電流脈沖，就可達(dá)到控制電源輸出的目的了。電流控制型的主要優(yōu)點(diǎn)如下。

　?、倬€性調(diào)整率（電壓調(diào)整率≤0.01％）非常好，可與優(yōu)良的線性穩(wěn)壓器媲美，這是因?yàn)閁c的變化反映為電感電流的變化，它不經(jīng)過誤差放大器就能在比較器中改變輸出脈沖寬度。若再加一級(jí)輸出電壓UOUT至誤差放大器的控制，能使線性調(diào)整率更好。

　?、诿黠@地改善了負(fù)載調(diào)整率，因?yàn)檎`差放大器是專門用于控制由于負(fù)載變化而造成的輸出電壓的變化的，特別是在輕載時(shí)，輸出電壓升高的幅度將大大減少。從1／3負(fù)載至滿載時(shí)，負(fù)載調(diào)整率降至8％；從2／3負(fù)載至滿載，負(fù)載調(diào)整率降至3％以下。

　?、酆?jiǎn)化了過流保護(hù)電路（電流限制電路）。由于Rs上感應(yīng)出的是峰值電感電流，所以自然就形成了脈沖限流電路。這種峰值電感電流感應(yīng)檢測(cè)技術(shù)可以靈敏地、精確地限制最大輸出電流，所以不必為整個(gè)高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源中的磁性元件（高頻變壓器）和功率元件（高壓開關(guān)管）設(shè)計(jì)較大的裕量，就能保證穩(wěn)壓電源工作可靠，成本降低。

　?、芎?jiǎn)化了誤差放大器的外補(bǔ)償電路，改善了頻率響應(yīng)，并具有更大的增益（帶寬乘積）。由于電感電流是連續(xù)的，所以Rs上檢測(cè)出的峰值電流能代表平均電流。整個(gè)電路可看作是一個(gè)誤差電壓控制電流源，而且變換器（誤差放大器）的幅頻特性由雙極點(diǎn)變成了單極點(diǎn)，因而可以改善整個(gè)穩(wěn)壓器的特性。