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[!--downpath--]《精通開關(guān)電源設(shè)計》原書作者于2016年4月在中國的各大城市巡回做電源技術(shù)的培訓，其中，對于電流模式的工作方法非常推崇，盡管在實際的應用中，電壓模式一直搶占著主導的作用。這么，我們就認識一下這種工作模式，不僅常規(guī)的電流模式和峰值電壓模式之外，還包括其它類型的電流和電壓模式。
電流模式和電壓模式是開關(guān)電源系統(tǒng)中常用的兩種控制類型。在開關(guān)電源系統(tǒng)中，當輸入電流變化、輸出負載變化以及電源內(nèi)部的參數(shù)變化時，控制電路將測量被控制的電流及電壓訊號，將它們與基準訊號進行比較，之后將差值放大，進行閉環(huán)反饋控制，以調(diào)節(jié)主電路功率元件的導通脈沖長度或開關(guān)頻度，進而保證系統(tǒng)的輸出電流或輸出電壓等被調(diào)節(jié)訊號的穩(wěn)定。
開關(guān)電源有PFM和PWM兩種控制方法：PFM工作在變頻形式，通過調(diào)節(jié)工作頻度保持輸出電流或輸出電壓的恒定。PWM工作在固定頻度，通過調(diào)節(jié)脈沖長度，即信噪比，保持輸出電流或輸出電壓的恒定。電源系統(tǒng)中，電流的采樣訊號有輸入電流和輸出電流，而電壓的采樣有功率電感的直流壓降、電流采樣內(nèi)阻電流和和功率的導通壓降等，由這種訊號可以構(gòu)成單環(huán)、雙環(huán)或多環(huán)反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)穩(wěn)壓、穩(wěn)流或恒功率的控制，同時可以實現(xiàn)缺相欠壓保護、過流保護、均流、輸出電流排序跟蹤等附送的功能。
1通用電流模式的工作原理及特征
電流模式的控制系統(tǒng)如圖1所示。控制環(huán)僅有一個的電流反饋環(huán)，電流反饋環(huán)包括電流偏差放大器、反饋分壓內(nèi)阻器和反饋補償網(wǎng)路。電流偏差放大器的同相端聯(lián)接到參考電流Vref，反饋分壓內(nèi)阻器聯(lián)接到電流偏差放大器的反相端FB，反饋補償網(wǎng)路聯(lián)接到反相端FB和電流偏差放大器的輸出端COMP，輸出端COMP的電流為Vc。電流偏差放大器的輸出聯(lián)接到PWM比較器的同相端，PWM比較器的反相端輸入訊號為斜波發(fā)生器輸出的連續(xù)鋸齒波，由時鐘同步訊號形成。
圖1：電流模式的控制系統(tǒng)圖
圖2：電流模式的控制波形
1.1電流模式工作過程
電流模式的工作過程有二個階段：
（1）時鐘振蕩器輸出脈沖訊號為高電平，高檔的開關(guān)管導通，開始一個開關(guān)周期，電感所加的電流為正，電感激磁，電壓線性上升。因為鋸齒波的電流高于Vc的電流，PWM比較器輸出低電流。
（2）當鋸齒波的電流降低到低于Vc的電流時，PWM比較器輸出翻轉(zhuǎn)，高檔的開關(guān)管關(guān)斷，高端的同步或續(xù)流三極管導通，電感所加的電流為負，電感去磁，電壓線性增長。直至下一個開關(guān)周期開始的時鐘同步訊號到來，這么反復。
1.2調(diào)節(jié)工作原理
電流模式調(diào)節(jié)原理如下：
（1）當輸出負載減小時，輸出電流增加，Vc減小，鋸齒波的電流只有降低到更高的值才才能和Vc相等，因而使PWM比較器翻轉(zhuǎn)，為此，開關(guān)管導通的時間下降，信噪比降低，輸入功率降低，因而輸出電流降低，當輸出電流降低到調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)時，系統(tǒng)保持平衡。
（2）當輸出負載增加時，輸出電流下降，Vc增加，鋸齒波的電流在較低的值就可以等于Vc值，因而使PWM比較器翻轉(zhuǎn)，因而，開關(guān)管導通的時間減短，信噪比增加，輸入功率增加，因而輸出電流增加，當輸出電流減小到調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)時，系統(tǒng)保持平衡。
電流偏差放大器的作用是測量平緩變化的輸出直流電流訊號的微小變化，輸入到FB管腳，F(xiàn)B管腳的電流V-與參考電流Vref的差值被電流偏差放大器放大輸出，輸出Vc為具有一定幅值的比較干凈的直流低頻反饋控制訊號，開關(guān)電源輸出附送的較寬頻帶的高頻開關(guān)噪音訊號被濾除，進而保證輸出穩(wěn)態(tài)時的穩(wěn)壓精度。
高頻開關(guān)噪音的頻度較高，幅值較大，假如高頻開關(guān)噪音衰減不夠的話，系統(tǒng)容易遭到干擾，不能穩(wěn)定工作；并且高頻開關(guān)噪音衰減過大的話，系統(tǒng)的帶寬窄，動態(tài)響應較慢，因而要做一些折衷的設(shè)計，要保持電流偏差放大器的低頻增益高，高頻增益低，可以通過對整個閉環(huán)系統(tǒng)進行補償，致使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定工作。
1.3外加限流保護
從電流模式工作原理可以看見，系統(tǒng)沒有外置的限流功能保護電路，同時，對于輸入和輸出的瞬變變化，系統(tǒng)響應平緩。當輸入電流忽然變低或負載阻抗忽然變低時，由于主電路有較大的輸出電容和電感，電容與電感形成相移延時作用，輸出電流的變低也延時滯后，輸出電流變低的訊號還要經(jīng)過電流偏差放大器的補償電路的延時滯后，才會傳到PWM比較器，將占空比變寬，這兩個延時滯后作用是暫態(tài)響應慢的主要誘因。為了提升系統(tǒng)的可靠性，必須外加限流保護電路，注意到限流保護電路只起限流的作用，并不參與系統(tǒng)的內(nèi)部的反饋調(diào)節(jié)。
1.4電流模式異同點
電流模式的優(yōu)點：
（1）因為電壓訊號不參與反饋，系統(tǒng)不會遭到電壓噪音的干擾。
（2）PWM三角利差值較大，脈沖長度調(diào)節(jié)時具有較好的抗噪音性能。
（3）信噪比調(diào)節(jié)不受限制。
（4）對于多路輸出電源，它們之間的交互調(diào)節(jié)性能較好。
（5）單一電流閉環(huán)反饋設(shè)計，調(diào)試比較容易。
（6）對輸出負載的變化有較快的響應。
（7）低的輸出阻抗。
電流模式的缺點：
（1）相機饋環(huán)控制系統(tǒng)，輸出LC混頻器在控制環(huán)中形成雙極點，動態(tài)響應慢電源電流過大電壓波動，須要降低一個零點對主極點進行補償，因而反饋補償設(shè)計比較復雜，須要更多額外的元件仔細設(shè)計補償支路，來優(yōu)化負載瞬態(tài)響應。
支路增益是輸出電容ESR的函數(shù)，輸出電容影響反饋環(huán)，須要電解電容或鉭電容穩(wěn)定控制回路以維持良好的高頻響應；在相同均方根工作電壓的需求下，相同電容值的電解電容或鉭電容比陶瓷電容的容積更大，同時輸出電流的波動也更大。
支路的增益是輸入電流的函數(shù),對輸入電流的變化動態(tài)響應較慢，須要輸入電流卷積。
電流模式的反饋設(shè)計一般選定穿越頻度為1/5-1/10的開關(guān)頻度，支路補償采用III類補償網(wǎng)路：3個極點和2個零點，2個零點安排在LC諧振雙極點附近，以抵消雙極點形成的相位延后；低頻積分電路用以提升低頻的直流增益，2個高頻極點以形成高頻噪音衰減，保證在0dB穿越頻度以上支路增益保持增長。
（2）用于限流控制的電壓測量平緩不確切。
（3）假如多個電源和多個相位并聯(lián)操作,須要外部電路進行均流控制。
1.5電流模式動特點改善
改善電流模式控制瞬態(tài)響應速率的方式有二種：一是降低電流偏差放大器的帶寬，保證具有一定的高頻增益，然而這樣容易遭到高頻開關(guān)噪音干擾，須要在主電路及反饋控制電路上采取舉措，進行抑制或同相位衰減平滑處理。另一方式是采用電流卷積技術(shù)，用輸入電流對內(nèi)阻電容充電形成的具有可變化上升斜坡的三角波，代替?zhèn)鹘y(tǒng)電流模式PWM控制器中振蕩器形成的固定三角波。此時，輸入電流的變化能立即在脈沖長度的變化上反映下來，因而該方式對輸入電流的變化導致的瞬態(tài)響應速率顯著增強。對輸入電流的卷積控制是開環(huán)控制，而對輸出電流的控制是閉環(huán)控制，目的是降低對輸入電流變化的動態(tài)響應速率，這樣就構(gòu)成了一個開環(huán)和一個閉環(huán)的雙環(huán)控制系統(tǒng)。
2滯回電流模式的工作原理及特征
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滯回電流模式的結(jié)構(gòu)如圖3所示，滯回電流控制模式一種最簡單的控制方式，控制環(huán)包括兩個部份：分壓內(nèi)阻器和滯回比較器。分壓內(nèi)阻器用于測量輸出雜訊電流，滯回比較器用于控制功率開關(guān)管的開通和關(guān)斷。主功率回路工作在自由振蕩形式，電路調(diào)節(jié)輸出電流并保持輸出電流在參考電壓和比較器所設(shè)定的滯回窗口電流范圍內(nèi)。
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滯回電流模式工作過程如下：
（1）當輸出電流增加時，比較器的反相端的電流也增加，當反相端高于Ｖref-dＶ/2時，比較器輸出高電平，開關(guān)管導通，輸出電流降低。
（2）當輸出電流繼續(xù)降低，使比較器的反相端低于Ｖref+dＶ/2時，比較器的輸出翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，開關(guān)管關(guān)斷。這么反復。其控制波形如圖4所示。
滯洄電流模式的優(yōu)點：
（1）滯回電流模式?jīng)]有反饋環(huán)，因而不須要補償設(shè)計，延時一般和補償網(wǎng)路中的電容相關(guān)，滯回電流模式?jīng)]有補償網(wǎng)路，所以，偏差訊號也就沒有補償網(wǎng)路形成的延時，也不會形成補償網(wǎng)路中電容充放電產(chǎn)生的不正常的電流所帶來的不利影響。
（2）響應快。滯回電流模式才能在當前的周期十分快的響應負載電壓的瞬態(tài)變化，響應的時間只取決于滯洄比較器的驅(qū)動電路的延時。
（3）最簡單的一種控制方式。
滯洄電流模式的缺點：
（1）工作在變頻工作方法，頻度變化范圍寬時電源電流過大電壓波動，不利于電感的優(yōu)化設(shè)計。
（2）開頭頻度依賴于輸出的混頻器、輸入電流和輸出電流、滯回窗口電流和內(nèi)部的延時。
圖3：滯回電流模式的控制系統(tǒng)圖
圖4：滯回電流模式的控制波形
明天講解主題：
--各類電壓模式，包括峰值電壓、固定關(guān)斷時間、相加峰值電壓、平均電壓模式、滯回電壓模式、谷點電壓模式的工作原理及特征
--電壓模式各類電壓采樣方法對結(jié)構(gòu)影響，電流模式和電壓模式互相轉(zhuǎn)化
講完這種主題后，我們將再回到，闡述理解功率的數(shù)據(jù)表中的參數(shù)，以及那些參數(shù)在實際應用中應當注意的問題、常見的毀壞模式及剖析，內(nèi)容好多，敬請期盼！！！