開關型DC／DC變換器電壓、電流控制的基本原理

　　脈寬調(diào)制（PWM）型高頻開關穩(wěn)壓電源只對輸出電壓進行采樣，實行的是閉環(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開關變換器是在電壓控制型的基礎上，增加了電流反饋環(huán)，形成了雙環(huán)控制系統(tǒng)，這使得高頻開關穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率、負載調(diào)整率和瞬態(tài)響應特性都有所提高，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UE再與斜坡信號比較后，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。其最大缺點是：控制過程中電源電路內(nèi)的電流值沒有參與進去。這是因為高頻開關穩(wěn)壓電源的輸出電流是流經(jīng)電感的，故其對于電壓信號有90°的相位延遲。然而對于穩(wěn)壓電源來說，應當考慮電流的大小，以適應輸出電壓的變化和負載的需求，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。因此僅采用輸出電壓采樣的方法時，其響應速度慢，穩(wěn)定性差，甚至在大信號變化時會產(chǎn)生振蕩，會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與誤差放大器的輸出信號進行比較，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：首先采用恒頻時鐘脈沖置位鎖存器的輸出脈沖驅動功率管，使其導通，此時電源回路中的電流脈沖逐漸增大，當電流在采樣電阻Rs兩端的電壓幅度達到UE時，脈寬比較器狀態(tài)翻轉，鎖存器復位，驅動撤除，功率管截止，這樣逐個檢測和調(diào)節(jié)電流脈沖，就可達到控制電源輸出的目的了。電流控制型的主要優(yōu)點如下。

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

　?、酆喕诉^流保護電路（電流限制電路）。由于Rs上感應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檢測技術可以靈敏地、精確地限制最大輸出電流，所以不必為整個高頻開關穩(wěn)壓電源中的磁性元件（高頻變壓器）和功率元件（高壓開關管）設計較大的裕量，就能保證穩(wěn)壓電源工作可靠，成本降低。

　?、芎喕苏`差放大器的外補償電路，改善了頻率響應，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上檢測出的峰值電流能代表平均電流。整個電路可看作是一個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變成了單極點，因而可以改善整個穩(wěn)壓器的特性。