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        電源變換器中電流模式和電壓模式間的相互轉化

        作者: 時間:2014-01-06 來源:網絡 收藏

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/258438.htm


        若ESR小,式中后面的一項基本可以忽略;但是,由于通常使用ESR值較大的輸出電容,這樣ESR就不可以忽略,由于ESR的作用,相當于在輸入電壓的反饋信號中引入了一定程度的反饋量為:?(ESR ?α? Iout )

        輸出電容的ESR將采樣的電流信號送到電壓誤差放大器的輸入端,和輸出電壓信號加在一起,經過電壓誤差放大器放大,再送到,其工作的原理相當于平均電流反饋。在中,使用ESR大的輸出電容,相當于引入一定程度的平均,從而增加系統對輸出負載變化的動態響應,提高系統的穩定性。

        3.2理想中輸入電壓前饋形成的電流模式

        對于輸入電壓的變化,目前通常采用輸入電壓前饋技術,來提高系統對輸入電壓變化的響應。輸入電壓前饋如圖3所示。圖中的實線鋸齒波為內部時鐘信號產生的斜率固定為k的正常鋸齒波,在沒有電壓前饋時,產生的占空比為d ? Ts,則有以下公式:

        Vc = k *d * Ts

        輸入電壓前饋就是在內部鋸齒波上加入隨輸入電壓變化的斜坡,或者從VC信號減去此斜坡。當輸入電壓突然增加時,內部鋸齒波和外加斜坡之和的波形為圖3中的虛線所示。

        若外加斜坡的斜率為ks,則總的斜率為:k + ks,注意到:ks∝Vin,也就是ks = k Vin ?Vin,所以此時的占空比為:



        即:占空比隨輸入電壓的增加立刻而減少,系統提前對輸入電壓變化做出相應的響應。



        圖3:電壓模式的電壓前饋

        若不考慮效率,由功率平衡可以得到:Vin ? Iin = Vout ? Iout,所以有:



        從上式可以看到,所加的輸入電壓前饋信號也就是輸入的電流信號。事實上可以這樣理解:輸入電壓前饋技術也就是在理想的電壓模式中,疊加一定的電流反饋,以形成一定的電流反饋,從而增加系統對輸入電壓變化的響應。

        理想的流模式向電壓模式轉化

        4.1輕載時電流模式趨向于電壓模式電壓模

        電源系統進入輕載或空載時,變換器通常工作在突發模式和跳脈沖模式[3].對于跳脈沖模式,變換器進入非連續電流模式,高端的開關管的開通時間為控制器所設定的最小導通時間,同時在有一些開關周期,高端的開關管不導通,也就是屏蔽,或跳去一些開關脈沖,以維持輸出電壓的調節。注意到:在輕載或空載時,電流信號很小,系統也很難檢測到電流信號,另一方面,由于高端的開關管的開通時間固定為最小導通時間,已不受電流檢測信號的調節,電流反饋事實上已經不起作用,也就不參與到反饋環節。系統此時工作于標準的電壓模式。

        對于突發模式,輸出電壓完全由滯洄比較器控制,滯洄比較器控制通過檢測輸出電壓的變化,將輸出電壓設定在允許的上限和下限的范圍內,系統此時也是工作于標準的電壓模式。

        4. 2使大的電感值趨向于電壓模式

        輸出電感的選擇及設計是基于輸出DC電壓的穩態和瞬態的要求。較大的電感值可減小輸出紋波電流和紋波電壓,減小磁芯的損耗,但在負載瞬變過程中改變電感電流的時間會加長,同時增大電感的成本和體積。較小的電感值可以得到較低的直流銅損,但是交流磁芯損耗和交流繞線電阻損耗會變大。

        同時使用大的電感時,電感電流的斜率減小,在理想的狀態下,若電感值為無窮大,那么在整個開關周期,電感電流為直流值,電流檢測信號就不在起作用,也就是標準的電壓模式。因此使用的電感值越大,工作于電流模式的控制就越接近于電壓模式,在負載瞬變過程中,系統動特性越差。因此對于電流模式,折衷的方法是選擇電感紋波電流峰峰值在輸出負載電流額定值的20%到40%之間。

        4. 3斜坡補償的電模式趨向于為電壓模式

        理論上,當占空比大于50%時,電流模式就要加斜坡補償,系統才能穩定的工作。否則,就會產生次諧波振蕩。在實際的應用中,占空比大于40%時,就要加斜坡補償。占空比大于50%時,斜坡補償,由于電感充分激磁,而去磁不足,因此輸出的電壓將比預設定的值高,并將繼續升高,直到較慢的電壓控制回路調整電流設定點為止,然后輸出電壓又下降至低于期望值,形成次諧波振蕩,其典型的特性就是在一個開關周期,脈沖寬度較寬,在下一個開關周期,脈沖寬度變窄,在每三個開關周期,脈沖寬度又變寬,如此反復。此時可以看到輸出電壓不穩定,有時還可以聽到音頻的噪聲。



        圖4:斜坡補償



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