三大電流電壓控制模式的詳解與優缺點

1、電壓控制模式

如下圖就是一個典型的電壓控制模式，電壓控制模式的開關周期為芯片的時鐘周期，每來一個時鐘信號，開關信號即開啟或者說PWM信號會產生由低到高電平的變化，而一個周期內開關信號的關斷即PWM信號由高到低電平，轉換時刻則是由反饋產生的電壓誤差信號和鋸齒波的比較決定。

電壓控制模式的優點：

1.PWM三角波幅值較大，脈沖寬度調節時具有較好的抗噪性；

2.對于多路輸出電源，它們之間的交叉調整率比較好；

3.單一反饋電壓閉環設計，調試比較容易。

電壓控制模式缺點：

1.當個輸入電壓突然變化或者負載阻抗突然變化時，因為主電路有較大的輸出電容C以及電感L相移延時作用，輸出電壓的變化也延時滯后，同時輸出電壓變化的信息還要經過電壓誤差放大器的補償電路延時滯后，才能傳至PWM比較器調節脈寬。也就是說環路控制的變化必須經過L、C二階極點系統獲得設計輸出，輸出響應不是很好。

2.電壓控制模式環路控制中由于不涉及到輸入電壓的變化，也就是說輸入電壓并沒有直接參與反饋環路的閉環控制，因此，源動態不好，輸入電壓突變時的響應較慢。

3.由于電壓控制模式不采樣電流，逐周限流保護功能必須另外增加電路來實現。

如何改善？

1.增加電壓誤差放大器的帶寬，保證具有一定的高頻增益。不過這樣容易受高頻開關噪聲的影響，需要在主電路及反饋控制電路上采取措施進行抑制或同相位衰減平滑處理；帶寬增加有利于提高電源的動態響應，但是對于高頻噪聲的抑制會有影響，容易受到干擾。

2.采用電壓前饋模式控制的PWM技術，改善源動態。

2、峰值電流控制模式

峰值電流控制模式的基本原理如下圖所示，誤差電壓信號Vc送至PWM比較器后，并不是像電壓模式控制那樣與振蕩電路產生的固定三角波電壓斜坡比較，而是與一個變化的其峰值代表電感電流峰值的三角波形進行比較，然后得到PWM脈沖關斷時刻。

因此峰值電流控制模式不是用電壓誤差信號直接與鋸齒波信號比較控制PWM脈沖寬度，而是直接控制峰值電感電流大小，然后間接地控制PWM脈沖寬度。當開關管導通時，電流上升，電流檢測通過一個互感器或者電阻采樣，形成一個內部的電流環，外部電壓環用來調制電感電流，而內部電流環直接控制占空比。

同樣，峰值電流控制模式的開通時刻仍然由時鐘信號開啟，即每一個時鐘周期到來，PWM信號就會從低到高變化，是為每個周期PWM的開通時刻，而峰值電流控制模式的關斷時刻是由檢測的電流信號峰值與電壓誤差信號Vc進行比較，當檢測到的峰值電流信號與電壓誤差信號相等時，關斷PWM信號，由此決定了PWM的導通時間Ton。假如因某種原因，電感電流的峰值突然變大，則開關導通時間會縮短，占空比會減小，從而使得開關峰值電流減小。

那么峰值電流控制模式相對電壓控制模式有什么優點呢？

1、峰值電流控制模式由于直接采樣電感電流，輸入電壓的變化會直接在電感電流上反映出來，因此，這種控制模式天然具有前饋補償的功能，能夠對輸入電壓變化和輸出負載變化快速響應；

2、峰值電流控制模式PWM是雙閉環控制系統，電壓外環控制電流內環。電流內環是瞬時按照逐個脈沖工作的。功率級是由電流內環控制的電流源，而電壓外環控制此功率級電流源。在該雙環控制中，電流內環只負責輸出電感的動態變化，因而電壓外環僅需控制輸出電容電壓，不必控制LC儲能電路。由于這些，峰值電流控制具有比電壓控制大得多的帶寬。帶寬越寬，相對來講穩定性越好。

3、雖然電源的LC濾波電路為二階電路，但增加了電流內環控制后，電感L的極點位于內部的電流環，輸出電容的ESR及其變化仍然在外部的電壓環，而不是像電壓控制模式，L、C的雙極點都在外部的電壓環中。

4、峰值電流控制模式，只有當誤差電壓發生變化時，才會導致電感電流發生變化，即誤差電壓決定電感電流上升的程度，進而決定功率開關的占空比，因此，內環可看作是一個電流源，電感電流與負載電流之間有了一定的約束關系，使電感電流不再是獨立變量，整個反饋電路變成了一階電路，由于反饋信號電路與電壓模式相比，減少了一階，因此誤差放大器的控制換補償網絡得以簡化，穩定度得以提高并且改善了頻率響應，具有更大的增益帶寬積。在小信號分析時，這種電路可以忽略電感的存在。因此，在整流器的輸出端，增益和相位是由并聯的輸出電容和負載電阻確定的。這樣，電路最多只有90°相移和-20dB/dec而非-40dB/dec的增益衰減。

5、電流環是外部電壓環的一部分，峰值電流閉環特性非常類似于一個跨導型放大器。電流環的閉環增益抑制呈現平特性直到交越頻率。在交越頻率處，增益曲線以-1的斜率下降，在外部電壓環中增加了第二個極點，不過這個極點的頻率遠高于電容的極點。為了避開電流環的這個極點，外部電壓環的帶寬要小于內部電流環的極點頻率，因此，內部電流環的帶寬會高于外部電壓環的帶寬。

6、由于峰值電流控制模式cycle by cycle的控制峰值電流，因此具有簡單自動磁通平衡功能；

7、峰值電流控制模式具有瞬時峰值電流限流功能，即峰值電流模式具有內在固定的逐周限流功能；

峰值電流控制模式盡管相對于電壓模式控制來講有了很多的改善，但是也有它自身的一些不足：占空比》50%后環路不穩定（次諧波震蕩），需要加斜率補償進行改善。

3、平均電流控制模式

平均控制模式如下圖所示，輸出電壓采樣經過誤差放大器U1后形成Vcp，然后將Vcp作為誤差放大器U2的同相端，與電流采樣信號進行比較，然后經過誤差放大器U2后形成電壓Vca與鋸齒波進行比較得到占空比。通俗一點講就是電壓采樣經過補償器進行補償，將補償器輸出Vcp作為電流內環的給定，與電流采樣進行比較，經過電流內環補償器后與鋸齒波比較得到占空比。

平均模式相對峰值電流控制模式來講，它有峰值電流模式的所有優點：相同的截止頻率；對于電流負載變化，相同的瞬態響應。在低于截止頻率時，峰值電流模式控制的環路增益為平特性，而對于平均電流模式控制來講，它的增益是一直上升的。這種低頻時的高環路增益可以去除峰值對平均值的誤差，而且能夠保證輕載時電感電流進入不連續狀態時好的環路穩定性能。

平均電流控制模式下電感電流能夠高精確的跟蹤電流信號，所以一般中大功率的PFC拓撲均采用這種控制方式。
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