內(nèi)部電流模式控制

自從二十世紀(jì)七十年代后期開(kāi)始，電流模式的控制方法便被電源供電采用。雖然這種控制方法已應(yīng)用了二十多年，但一般的業(yè)者仍然不大清楚它的操作方式及特性。大部分工程師只知道開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器都采用較熟悉的電壓模式控制方法。對(duì)于他們來(lái)說(shuō)，電流模式的控制方法屬于高深的技術(shù)，沒(méi)有必要去深入鉆研。他們有這種想法，實(shí)在令人非常惋惜，因?yàn)殡娫垂?yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師最低限度必須知道電壓模式控制與電流模式控制的基本分別，才真正明白在什么情況下應(yīng)采用何種控制結(jié)構(gòu)。下文會(huì)深入討論電流模式的控制方法。 

 
圖1：電流模式控制器的控制電路結(jié)構(gòu)框圖

電流模式控制系統(tǒng)除了設(shè)有電壓反饋電路之外，還設(shè)有電感電流反饋環(huán)路。電流模式控制轉(zhuǎn)換器利用電感電流以及輸出電壓作為誤差輸入信號(hào)，調(diào)節(jié)PWM（脈沖寬度調(diào)制器）。圖1顯示峰值電流模式控制系統(tǒng)的電路簡(jiǎn)圖，圖中的峰值電感電流與輸出電壓都由控制電路控制。系統(tǒng)會(huì)不停感測(cè)電感電流，并將其大小與視為控制電壓(VC)的輸出電壓誤差加以比較。


在電感電流相等于控制電壓前，PWM比較器會(huì)一直輸出高電平均（功率開(kāi)關(guān)開(kāi)啟）。一旦兩者處于同一水平，PWM比較器便會(huì)降低輸出，并將開(kāi)關(guān)關(guān)閉，然后利用固定頻率時(shí)鐘信號(hào)設(shè)定RS鎖定值，從面啟動(dòng)下一周期的操作。按照這個(gè)操作方式，利用控制電壓便可準(zhǔn)確控制電感器的峰值電流。表面上，因?yàn)殡娏鳝h(huán)路的出現(xiàn)，電感器充當(dāng)一個(gè)電流源，并表現(xiàn)出許多電流模式控制系統(tǒng)的特色。

雖然圖2的電路簡(jiǎn)圖清楚顯示占空比是由電感電流及輸出電壓得到，但我們很難估算占空比對(duì)轉(zhuǎn)換器的性能有何影響。深入分析小信號(hào)的表現(xiàn)有助我們對(duì)電流模式控制的重要特性建立初步的了解。

圖1顯示的是峰值電流模式控制的小信號(hào)結(jié)構(gòu)框圖。這個(gè)控制電路設(shè)有兩個(gè)反饋環(huán)路：外側(cè)的反饋環(huán)路(TV)負(fù)責(zé)將電壓信息送回，而內(nèi)側(cè)的反饋環(huán)路(Ti)則負(fù)責(zé)將電流信息送回。電壓環(huán)路的反饋方式與電壓模式控制系統(tǒng)大致相同，例如利用輸出電壓誤差產(chǎn)生補(bǔ)償控制電壓。

電流環(huán)路(Ti)是電流模式控制結(jié)構(gòu)所獨(dú)有的?？刂齐妷?VC)輸入電流環(huán)路之后，會(huì)與不斷被感測(cè)的電感電流互相比較，然后據(jù)此設(shè)定占空比。這個(gè)占空比的信號(hào)會(huì)傳送至功率電源級(jí)(例如開(kāi)關(guān)元件、電感器及輸出電容器)，以便電源供應(yīng)級(jí)產(chǎn)生相應(yīng)的電感電流及輸出電壓。然后，電流模式控制系統(tǒng)再通過(guò)感測(cè)增益Ri將電感電流回饋至電流環(huán)路，以便再與 VC 比較。

若電流環(huán)路已關(guān)閉，便會(huì)出現(xiàn)以下看似矛盾的情況：第二級(jí)兩個(gè)L及COUT元件產(chǎn)生單個(gè)拐點(diǎn)。我們可以利用反饋理論合理解釋這種現(xiàn)象。利用反饋電路控制電感電流，其實(shí)際效果有點(diǎn)像利用電流源為輸出電容器及負(fù)載饋送電流。因此，若頻率低于電流環(huán)路的帶寬，電流模式功率級(jí)只有一個(gè)拐點(diǎn)由 COUT II RLOAD 阻抗決定。 
 
圖2：采用電流模式控制方法的降壓轉(zhuǎn)換器的電路簡(jiǎn)圖(輸出電壓及電感電流同時(shí)被感測(cè))。

電流環(huán)路不會(huì)只在低頻率操作時(shí)才對(duì)功率級(jí)有影響。根據(jù)有關(guān)電流環(huán)路的小信號(hào)電流干擾的分析顯示，電流環(huán)路與離散時(shí)間取樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)極為相似。這類(lèi)取樣及保持系統(tǒng)的雙極較為復(fù)雜，往往是取樣(開(kāi)關(guān))頻率的很多倍。取樣及保持頻率的次級(jí)近似值較為準(zhǔn)確，其準(zhǔn)確度高達(dá)開(kāi)關(guān)頻率的一半，而理論上這是電源供應(yīng)器帶寬的極限。
波幅 (dB)  頻率 (Hz)
相位 (