开关电源变换器工作模式——变形的峰值电流模式

一、固定关断时间的峰值电流模式工作原理及特点

固定关断时间电流控制模式是一种变化的峰值电流模式,也是双环控制系统,但是,这种模式工作在变频控制方式,如图 1 所示。

开关电源变换器工作模式--电流模式(1)
图 1 固定关断时间模式的控制系统图

固定关断时间控制模式工作过程如下:

(1)定时器输出高电平,开关管导通,电感的电流线性增加,电流检测电阻的电压信号经电流放大器放大后,与电压误差放大器的输出电压 Vc 进行比较,此时,由于电流放大器的输出信号 Vs 小于 Vc,比较器输出不会翻转,定时器维持高电平输出,开关管导通,电感的电流继续线性增加,当 Vs 大于 Vc 时,比较器翻转。

(2)比较器翻转后,比较器输出高电压信号同时送出给定时器和触发器,开关管关断,电感的电流线性降低,同时内部的定时电路启动。

(3)定时器延时一个固定的关断时间后,送出高电平信号,开关管又开通,进入下一个周期,如此反复。

固定关断时间控制模式的特点是结构简单,但系统也是变频控制。

二、相加峰值电流模式的工作原理及特点

相加峰值电流模式控制也是一种变化的、具有双环控制系统的峰值电流模式,外环是电压环,输出电压经分压电阻器分压后与参考电压进行比较,然后经电压误差放大器放大,如图 2 所示。图中为通用型放大器,电压误差放大器的输出信号为 Vc。

电流检测信号经电流放大器 K 放大后输出为 Vs,Vs 和 Vc 信号由加法器作加法,得到的输出为 Ve,Ve=Vs-Vc,Ve 值连接到 PWM 比较器的反相端,与 PWM 比较器同相端的参考电压 VIR 进行比较。

相加峰值电流模式工作过程如下:

(1)振荡器输出脉冲信号为高电平,开关管导通,开始一个开关周期。电感激磁,电流线性上升,电流检测电阻的电压信号也线性上升。

(2)电感电流继续线性上升,电流检测电阻的电压信号也上升,当 Ve 的电压高于 VIR 时,电流比较器的输出翻转,从低电平翻转为高电压,开关管关断,电感开始去磁,电流线性下降,到下一个开关周期开始的时钟同步信号到来,如此反复。

开关电源变换器工作模式--电流模式(1)
图 2 相加电流模式的控制系统图

调节工作原理如下:

(1)当输出负载增大时,输出电压降低,因此,Vc 增大,Vs-Vc 降低,Vs-Vc 与 VIR 比较,由于 Vs-Vc 的值降低,使开关管关断的时刻向后延迟,导通时间增大,占空比增加,输入功率增加,因此输出电压增加。当输出电压增加到调节的范围内时,系统保持平衡。

(2)当输出负载降低时,输出电压升高,因此,Vc 降低,Vs-Vc 增大,Vs-Vc 与 VIR 比较,由于 Vs-Vc 的值增大,使开关管关断的时刻提前,导通时间减小,占空比减小,输入功率降低,因此输出电压降低。当输出电压降低到调节的范围内时,系统保持平衡。

相加电流模式的优点和缺点与峰值电流模式相同。

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