峰值电流模式.ppt

峰值电流模式控制电路设计峰值电流模式控制电路设计 主要内容主要内容：n n峰值电流模式控制电路的结构和优点峰值电流模式控制电路的结构和优点n n峰值电流模式控制存在的问题及斜坡补峰值电流模式控制存在的问题及斜坡补偿器设计偿器设计n n峰值电流型典型控制芯片峰值电流型典型控制芯片峰值电流模式控制电路的结构峰值电流模式控制电路的结构 (峰值)电流模式控制不是用电压误差信号直接控制PWM脉冲宽度，而是直接控制峰值输出侧 的电感电流大小，然后间接地控制PWM脉冲宽度。图1（a）峰值电流模式控制电路ttttCLK0SiRiRiLiSt0t1000t2基本原理 开关的开通由CLK信号控制，CLK信号每隔一定时间使RSFF置位，Q=1开关开通iL上升至给定值iR比较器输出信号翻转RSFF复位,Q=0开关复位。图1（b）峰值电流模式控制波形峰值电流模式峰值电流模式PWM控制电路优点控制电路优点n n暂态闭环响应较快。暂态闭环响应较快。暂态闭环响应较快。暂态闭环响应较快。对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快。峰值电流模式控制响应均快。峰值电流模式控制PWMPWM是双闭环控制是双闭环控制系统，电压外环控制电流内环。电流内环是瞬时系统，电压外环控制电流内环。电流内环是瞬时快速按照快速按照逐个脉冲工作的逐个脉冲工作的。功率级是由电流内环。功率级是由电流内环控制的电流源，而电压外环控制此功率级电流源。控制的电流源，而电压外环控制此功率级电流源。在该双环控制中，电流内环只负责输出电感的动在该双环控制中，电流内环只负责输出电感的动态变化，因而电压外环仅需控制输出电容，不必态变化，因而电压外环仅需控制输出电容，不必控制控制LCLC储能电路。由于这些，峰值电流模式控制储能电路。由于这些，峰值电流模式控制PWMPWM具有比起电压模式控制大得多的带宽具有比起电压模式控制大得多的带宽。n n整个反馈电路变成了一阶电路。整个反馈电路变成了一阶电路。整个反馈电路变成了一阶电路。整个反馈电路变成了一阶电路。虽然电源的虽然电源的L LC C滤波电路为二阶电路，但增加了电流滤波电路为二阶电路，但增加了电流内环控制后，只有当误差电压发生变化时，才会导致电内环控制后，只有当误差电压发生变化时，才会导致电感电流发生变化。即误差电压决定电感电流上升的程度，感电流发生变化。即误差电压决定电感电流上升的程度，进而决定功率开关的占空比。因此，可看作是一个进而决定功率开关的占空比。因此，可看作是一个电流电流源源，电感电流与负载电流之间有了一定的约束关系，使，电感电流与负载电流之间有了一定的约束关系，使电感电流不再是独立变量，整个反馈电路变成了一阶电电感电流不再是独立变量，整个反馈电路变成了一阶电路，由于反馈信号电路与电压型相比，减少了一阶，因路，由于反馈信号电路与电压型相比，减少了一阶，因此误差放大器的控制环补偿网络得以简化，稳定度得以此误差放大器的控制环补偿网络得以简化，稳定度得以提高并且改善了频响，具有更大的增益带宽乘积。提高并且改善了频响，具有更大的增益带宽乘积。n n瞬时峰值电流限流功能瞬时峰值电流限流功能瞬时峰值电流限流功能瞬时峰值电流限流功能。即内在固有的逐个脉冲限流功能；即内在固有的逐个脉冲限流功能；n n自动均流并联功能。自动均流并联功能。自动均流并联功能。自动均流并联功能。由于系统的内环是一个良好的受控电流放大器由于系统的内环是一个良好的受控电流放大器,所所以把电流取样信号转变成的电压信号和一个公共电压以把电流取样信号转变成的电压信号和一个公共电压误差放大器的输出信号相比较误差放大器的输出信号相比较,就可以实现并联均流就可以实现并联均流,因而系统并联较易实现。因而系统并联较易实现。峰值电流型控制存在的问题n n对噪声敏感n n开环不稳定性；引入斜坡补偿问题n n次谐波振荡n n具有尖峰值/平均值误差开环不稳定性图2电流型变换器的开环不稳定性(a)D0.5 (c)D0.5并加斜坡补偿 n n占空比0.5时，这个拢动将随时间增加而增加，如图2（b）所示。这可用数学表达式表示：n nI1=I0(m2/m1)(1)n n进一步可引入斜率为m的斜坡信号，如图2（c）所示。这个斜坡电压既可加至电流波形上，也可以从误差电压中减去。图3 局部放大图由 几 何 关 系 可 知经 过 一 个 开 关 周 期 后，输 出 电 感 中 电 流 的 变 化 为I1=I0（m-m2）/(m1-m)（2）要 系 统 稳 定，偏 移 电 流 量 必 须 趋 近 于 零，即 故 系 统 稳 定 的 充 要 条 件 是因 为 在 稳 定 条 件 下，D m1=-(1 D)m2，消 去 m1，整 峰 值 电 流 控 制 系 统 稳 定 充 要 条 件 为（3）在100占空比下求解这个方程（3）有：m(1/2)/m2 （4）为了保证电流环路稳定工作，应使斜坡补偿信号的斜率大于电流波形下降斜率m2的1/2。在 控 制 工 程 实 际 中，补 偿 斜 率 m一 般 取 为 m=(0.7 0.8)m2，1、2 值的比例决定了所加的斜坡补偿量。电容1是交流耦合电容,使晶振的交流分2 和1 组成滤波电路,滤去初级中的前沿尖峰,避免误动作。是晶振锯齿波的峰峰值。图4 斜坡补偿电路斜坡补偿电路设计斜坡补偿设计步骤斜坡补偿设计步骤:1 1.计算电感电流的下降沿计算电感电流的下降沿:m2=d i/d t=V m2=d i/d t=V OUTOUT/L(/L(安安/秒秒);2 2.计算初级测得的下降沿坡度计算初级测得的下降沿坡度:V V m2 m2=m2R=m2RSENSESENSE(伏伏/秒秒););3 3.计算晶振充电时的坡度计算晶振充电时的坡度:V V OSCOSC=d(V=d(V OSCOSC)/T)/TONON(伏伏/秒秒)4 4.应用叠加定理求斜坡补偿后电流输入端电压应用叠加定理求斜坡补偿后电流输入端电压5 5.计算斜坡补偿值计算斜坡补偿值：斜坡补偿电压斜坡补偿电压V V COMPCOMP为为：v确定斜坡补偿比例M和R1.R2阻值峰值电流型控制的斜坡补偿实例峰值电流型控制的斜坡补偿实例 n n电流反馈电流反馈电流反馈电流反馈PWMPWM，取输出电感线圈电流的信号，取输出电感线圈电流的信号，取输出电感线圈电流的信号，取输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，调节占空比与误差放大器输出信号进行比较，调节占空比与误差放大器输出信号进行比较，调节占空比与误差放大器输出信号进行比较，调节占空比电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。n nUC3842UC3842工作原理工作原理工作原理工作原理结构：结构：结构：结构：电流测定放大器电流测定放大器误差放大器误差放大器 比较器比较器 振荡器振荡器 锁存器锁存器 欠压锁定电路欠压锁定电路关闭信号关闭信号电流限制电流限制软启动软启动输出端工作频率输出端工作频率500kHz 500kHz 峰值电流模式控制芯片峰值电流模式控制芯片UC3842vUC3842UC3842各组成部分的原理各组成部分的原理内部包含内部包含5V5V基准源，用于电压调节器的误差放基准源，用于电压调节器的误差放大器和峰值电流比较器等。具有可以提供大器和峰值电流比较器等。具有可以提供1A1A峰峰值电流的驱动电路、电源欠电压保护电路等。值电流的驱动电路、电源欠电压保护电路等。振荡器的振荡频率由外接电阻振荡器的振荡频率由外接电阻R RT T和电容和电容C CT T决定，决定，C CT T也决定死区时间的长短。死区时间、开关频也决定死区时间的长短。死区时间、开关频率同率同R RT T和和C CT T关系如下关系如下驱动电路结构为推挽结构的跟随电路，输出峰驱动电路结构为推挽结构的跟随电路，输出峰值电流可达值电流可达500mA500mA，可直接驱动主电路的开关器，可直接驱动主电路的开关器件。件。f ft t：时钟频率：时钟频率(kHz)(kHz)R RT T：外接电阻：外接电阻(k)(k)C CT T：外接电容：外接电容(uF)(uF)t tD D：死区时间：死区时间(us)(us)vUC3842UC3842各组成部分的原理各组成部分的原理欠电压保护电路对集成欠电压保护电路对集成PWMPWM控制器的电源实施控制器的电源实施监控监控。v初上电时，当电源电压低于启动电压（初上电时，当电源电压低于启动电压（约约16V16V）时）时封锁封锁PWMPWM信号输出信号输出输出端输出端(引脚引脚6)6)为低电平。为低电平。v当电源电压大于启动电压当电源电压大于启动电压经过软启动经过软启动 UC3842UC3842内内部电路开始工作部电路开始工作PWMPWM信号输出。信号输出。v若电源电压跌至保护阈值（若电源电压跌至保护阈值（约约10V10V）以下）以下PWMPWM信号信号被封锁，避免输出混乱脉冲，以保护主电路开关器被封锁，避免输出混乱脉冲，以保护主电路开关器件。件。v当电源电压再次大于启动电压当电源电压再次大于启动电压再经软启动再经软启动UC3842UC3842内部电路重新工作内部电路重新工作恢复恢复PWMPWM信号输出信号输出。n nUC3842UC3842的的2 2种斜坡补偿方法：种斜坡补偿方法：(a)斜坡补偿加至2端 从斜坡端（即脚4振荡器输出端）接一个电阻R1至误差放大器反相输入端（脚2），于是误差放大器输出呈斜坡状，再与采样电流比较。(b)斜坡补偿加至3端 它从斜坡端（脚4）接一电阻R2至电流采样比较器正端（脚3），这时将在Rs上的感应电压上增加斜坡的斜率，再与平滑的误差电压进行比较。次谐波振荡 内部电流环的增益尖峰是电流模式控制的一个重要问题。这种增益尖峰发生在二分之一开关频率处,使相移超出范围,导致不稳定,并使电压环进入次谐波振荡。这时在连续固定的驱动脉冲下,输出占空比却在变化,如图8 所示。采用斜坡被偿也能很好地抑制次谐波振荡。图7次谐波振荡时的电感电流波形斜坡补偿优点n n解决电路的不稳定性解决电路的不稳定性n n抑制次谐波振荡抑制次谐波振荡n n减小尖峰值减小尖峰值/平均值误差平均值误差图 6 尖峰电流控制模式中平均电流和尖峰电流波形图(b)斜坡补偿加至3端 它从斜坡端（脚4）接一电阻R2至电流采样比较器正端（脚3），这时将在Rs上的感应电压上增加斜坡的斜率，再与平滑的误差电压进行比较。