開(kāi)關(guān)型DC／DC變換器電壓、電流控制的基本原理

　　脈寬調制（PWM）型高頻開(kāi)關(guān)穩壓電源只對輸出電壓進(jìn)行采樣，實(shí)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。而電流控制型DC／DC開(kāi)關(guān)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，這使得高頻開(kāi)關(guān)穩壓電源的電壓調整率、負載調整率和瞬態(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(diǎn)是：控制過(guò)程中電源電路內的電流值沒(méi)有參與進(jìn)去。這是因為高頻開(kāi)關(guān)穩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。然而對于穩壓電源來(lái)說(shuō)，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，從而達到穩定輸出電壓的目的。因此僅采用輸出電壓采樣的方法時(shí)，其響應速度慢，穩定性差，甚至在大信號變化時(shí)會(huì )產(chǎn)生振蕩，會(huì )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(diǎn)而發(fā)展起來(lái)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(gè)電流反饋環(huán)節。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(jìn)行比較，以此來(lái)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(shí)鐘脈沖置位鎖存器的輸出脈沖驅動(dòng)功率管，使其導通，此時(shí)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(shí)，脈寬比較器狀態(tài)翻轉，鎖存器復位，驅動(dòng)撤除，功率管截止，這樣逐個(gè)檢測和調節電流脈沖，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(diǎn)如下。

　?、倬€(xiàn)性調整率（電壓調整率≤0.01％）非常好，可與優(yōu)良的線(xiàn)性穩壓器媲美，這是因為Uc的變化反映為電感電流的變化，它不經(jīng)過(guò)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(xiàn)性調整率更好。

　?、诿黠@地改善了負載調整率，因為誤差放大器是專(zhuān)門(mén)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(shí)，輸出電壓升高的幅度將大大減少。從1／3負載至滿(mǎn)載時(shí)，負載調整率降至8％；從2／3負載至滿(mǎn)載，負載調整率降至3％以下。

　?、酆?jiǎn)化了過(guò)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(shù)可以靈敏地、精確地限制最大輸出電流，所以不必為整個(gè)高頻開(kāi)關(guān)穩壓電源中的磁性元件（高頻變壓器）和功率元件（高壓開(kāi)關(guān)管）設計較大的裕量，就能保證穩壓電源工作可靠，成本降低。

　?、芎?jiǎn)化了誤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的，所以Rs上檢測出的峰值電流能代表平均電流。整個(gè)電路可看作是一個(gè)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(diǎn)變成了單極點(diǎn)，因而可以改善整個(gè)穩壓器的特性。