开关型DC／DC变换器电压、电流控制的基本原理

来源：大鱼游戏官网    发布时间：2024-06-07 16:48:20

  脉宽调制（PWM）型高频开关稳压电源只对输出电压进行采样，实行的是闭环控制，这种控制方式属电压控制型，是一种单环控制管理系统。而电流控制型是在电压控制型的基础上，增加了电流反馈环，形成了双环控制管理系统，这使得高频开关稳压电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有所提高，是目前较为理想的工作方式。

  电压控制型的基础原理图如图1所示。电源输出电压UOUT与参考电压UREF比较放大，得到误差信号UE再与斜坡信号比较后，由PWM比较器输出一定占空比的系列脉冲，这就是电压控制型的基础原理。其最大缺点是：控制过程中电源电路内的电流值没有参与进去。这是因为高频开关稳压电源的输出电流是流经电感的，故其对于电压信号有90°的相位延迟。然而对于稳压电源来说，应当考虑电流的大小，以适应输出电压的变化和负载的需求，进而达到稳定输出电压的目的。因此仅采用输出电压采样的方法时，其响应速度慢，稳定性差，甚至在大信号变化时会产生振荡，会造成功率管损坏等故障。

  电流控制型正是基于电压控制型的缺点而发展起来的，从如图2所示的电路中能够正常的看到，它除保留了电压控制型的输出电压反馈外，又增加了一个电流反馈环节。所谓电流控制型，就是在脉宽比较器的输入端将电流采样信号与误差放大器的输出信号作比较，以此来控制输出脉冲的占空比，使输出的峰值电流跟随误差电压变化。

  电流控制型的工作原理是：首先采用恒频时钟脉冲置位锁存器的输出脉冲驱动功率管，使其导通，此时电源回路中的电流脉冲逐渐增大，当电流在采样电阻Rs两端的电压幅度达到UE时，脉宽比较器状态翻转，锁存器复位，驱动撤除，功率管截止，这样逐个检测和调节电流脉冲，就可达到控制电源输出的目的了。电流控制型的主要优点如下。

  ①线性调整率（电压调整率≤0.01％）非常好，可与优良的线性稳压器媲美，是因为Uc的变化反映为电感电流的变化，它不经过误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度。若再加一级输出电压UOUT至误差放大器的控制，能使线性调整率更好。

  ②明显地改善了负载调整率，因为误差放大器是专门用于控制由于负载变化而造成的输出电压的变化的，特别是在轻载时，输出电压升高的幅度将大幅度减少。从1／3负载至满载时，负载调整率降至8％；从2／3负载至满载，负载调整率降至3％以下。

  ③简化了过流保护电路（电流限制电路）。由于Rs上感应出的是峰值电感电流，所以自然就形成了脉冲限流电路。这种峰值电感电流感应检测技术能灵敏地、精确地限制最大输出电流，所以不必为整个高频开关稳压电源中的磁性元件（高频变压器）和功率元件（高压开关管）设计较大的裕量，就能保证稳压电源工作可靠，成本降低。

  ④简化了误差放大器的外补偿电路，改善了频率响应，并具有更大的增益（带宽乘积）。由于电感电流是连续的，所以Rs上检测出的峰值电流能代表平均电流。整个电路可看作是一个误差电压控制电流源，而且变换器（误差放大器）的幅频特性由双极点变成了单极点，因而能改善整个稳压器的特性。