高频开关电源控制方案设计与研究

时间：03-28 来源：互联网点击：

摘要：高频开关电源控制回路传统的方法是采用电压模式单闭环控制，这种控制方法响应较慢，也不能对功率器件进行实时电流限制。为了实现输出电压电流均可控，通常采用电流模式控制，常用电流模式控制有峰值电流控制法和平均电流控制法。本文对高频开关电源平均电流模式控制方案设计进行探讨。叙词：高频控制设计 Abstract：Voltage-mode single closed-loop control is the usual way to control loop in high-frequency switch power supply control, which is relatively slow in response and also cannot restrict power components from real-time current. Voltage-mode control is usually used to make both out-put voltage and current controllable and general voltage-mode control includes peak current control and average current control. This paper discusses design scheme for average current control in high-frequency switch power supply. Keyword：High frequency, Control, Design
1 电压电流双环控制

为了实现输出电压电流均可控，通常采用电流模式控制，常用电流模式控制有峰值电流控制法和平均电流控制法。但是，峰值电流控制有以下几个缺点[1]：

① 占空比大于50%的开环不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差；

② 闭环响应不如平均电流模式控制理想；

③ 容易发生次谐波振荡，即使占空比小于50%，也有发生高频次谐波振荡的可能性。因而需要斜坡补偿；

④ 对噪声敏感，抗噪声性差。因为电感处于连续储能电流状态，与控制电压编程决定的电流电平相比较，开关器件的电流信号上斜坡通常较小，电流信号上的较小噪声很容易使开关器件改变关断时刻，使系统进入次谐波振荡。

2 平均电流模式控制PWM

平均电流模式采用双闭环控制，其内环控制输出滤波电感电流，外环控制输出电压，提高了系统响应速度。图1为平均电流模式控制PWM的原理图。

图1 平均电流模式控制原理图

将误差电压信号Ue接至电流误差信号放大器的同相端，作为输出电感电流反馈的控制信号Uip。将带有锯齿纹波状分量的输出电感电流反馈信号Ui ，接至电流误差信号放大器的反相端，跟踪电流控制信号Uip。Ui与Uip的差值经过电流误差放大器放大后，得到平均电流跟踪误差信号UC。再由UC与三角锯齿波信号通过比较器比较得到PWM控制信号。UC的波形与电流波形Ui反相，所以，是由UC的下斜坡（对应于开关器件导通时期）与三角波的上斜坡比较产生控制信号。显然，这就无形中增加了一定的斜坡补偿。但为了稳定工作，要求电感电流的下降坡度不能大于晶振的坡度。
平均电流模式控制的优点是：

① 电感电流能够高度精确地跟踪电流控制信号；

② 不需要斜坡补偿；

③ 调试好的电路抗噪声性能优越；

④ 适合于任何电路拓扑对输入或输出电流的控制；

⑤ 易于实现均流。

3 小信号分析及电流、电压环PI调节器参数设计

这种控制方式有恒压和恒流两种工作方式。当D1导通时，电路工作在恒流模式，此时，电压环不起作用，电路相当于单环控制。当D1截止时，电路工作在恒压模式下，电路采用串级双环控制，电流环作为电压环的内环，电压环PI调节器的输出Ue作为电流环PI调节器的给定。其电路方框图如图2所示。在设计参数时，先设计电流环的调节器，获得稳定的内环，然后得到电流环的闭环传递函数Tic(s)，并将其作为电压环的一个环节，如图3所示，然后设计电压环调节器。这种控制方式的最大的优点是，很好地解决了电路的限流问题，使电路具有最快的限流响应速度。但是，这种控制方式的实际限流给定是限流值Uiref加上D1的管压降，因为D1的管压降与通过它的电流有关，所以这种控制方式的稳流精度不如前面那种控制方式，但可以通过调节电阻R3，减小D1管压降的变化量，以提高这种控制方式的稳流精度。