开关电源电压型与电流型控制方式解析

第1页开关电源电压型与电流型控制方式比较河北科技大学电气工程学院张刚开关电源主要有两部分组成：控制器和功率级。功率级采用各种电力电子器件、电阻、电感、电容和变压器等实现期望电压输出。控制器实现期望输入电压的控制，是电源系统精度和稳定性的核心。其实质是控制PWM的占空比实现期望输出，由于具体实现占空比调节的时反馈信号的取样方式不同，PWM控制有电压型控制方式和电流型控制方式。网上总有网友对开关电源电压型控制与电流型控制的提问，回答的方式也各式各样，本人发表一下对该概念的理解，希望对同行有所裨益。一、电压型控制方式电压型控制方式出现较早，该控制方式以电源的输出电压为反馈信号，该反馈信号与给定值的偏差经比较器放大后与锯齿波比较产生控制脉冲。电压型控制方式的原理图如图1所示：+-VRVref误差放大器+-PWM比较器VeVTVe锁存器RS振荡器QCLOCKVinRsVR图1电压型PWM控制原理图电压型控制将输出电压与VR参考电压Vref的偏差信号e经PI型误差放大器与振荡器产生的锯齿波进行比较，产生PWM控制脉冲，其控制系统框图如图2所示：＋－Un*PIPWM电压反馈电路开关电路Uo图2电压型PWM控制系统框图PWM的输出占空比正比于控制电压，也就决定了输出电压其输出波形如图3所示。第2页CLOCKVeVTQ图3电压型PWM控制输出PWM波形电压型控制方式的优点是：1)单闭环控制简化了系统的分析与设计；2)高增益斜坡输入提高了系统的噪声抑制；3)低阻抗输出提高了系统的互联能力；电压型控制的缺点：1)负载输出电压变化后才进行调节，滞后性较大；2)输出加入滤波器，增加了系统的复杂性。二、电流型控制方式电流型控制方式提出于80年代早期，在电压型控制的基础上，对电感电流增加一个内环，形成电压反馈信号组成外环，电压外环的输出偏差作为电流内环的给定，与电流反馈信号比较产生控制脉冲，控制系统结构框图如图4所示：＋－Un*PIPWM电压反馈电路开关电路Uo＋－电流反馈电路图4电流型PWM控制系统框图电流型控制方式的实现原理图如图5所示：VsVe锁存器RSQVinRsVR振荡器CLOCK+-VRVref误差放大器+-比较器Ve图5电流型PWM控制原理图第3页电流型控制有两个闭环通道，电压与VR参考电压Vref的偏差信号e经PI型误差放大器得以电压Ve，该电压与开关管漏极输出电流进行比较，产生PWM控制脉冲，其输出波形如图6所示。CLOCKVeVsQ图6电流型PWM控制输出PWM波形电流型控制的优点：1)电流型控制提高了系统的响应速度；2)电流型控制减小了电压的波动；3)电流型控制具有更高的增益带宽；4)电流型控制实现的逐脉冲限制。电流型控制的缺点：1)双环系统结构分析复杂；2)占空比超过50%时容易不稳定。三、控制方式的选择1、电压输入范围宽，负载波动大时选电压型控制；2、轻载、噪声严重时选电压型控制；3、大电流、高电压时选电流型控制；4、动态响应要求快时选电流型控制。电压型控制的典型芯片如：TL494，TOP系统；电流型控制的典型芯片如：UC3842。