標(biāo)題: 電壓模式向電流模式轉(zhuǎn)變 [打印本頁]

作者: 小融1號    時間: 2016-11-30 10:20
標(biāo)題: 電壓模式向電流模式轉(zhuǎn)變

通常在討論這兩種工作模式的時候,所指的是理想的電壓模式和電流模式。然而,在實(shí)際的應(yīng)用中,電壓模式的開關(guān)電源系統(tǒng),即系統(tǒng)反饋環(huán)中沒有引入電流取樣信號,但也會采用其它的方式引入一定程度的電流反饋,電壓模式向電流模式轉(zhuǎn)變,從而提高系統(tǒng)動態(tài)響。


1 電壓模式輸出電容ESR取樣形成平均電流模式

理想的電壓模式在一定的反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)下,很難在整個電壓輸入范圍和輸出負(fù)載變化范圍內(nèi)都能穩(wěn)定的工作。輸出負(fù)載變化可以通過加大輸出電容同時使用ESR值大的電容來優(yōu)化其動特性,盡管這樣做導(dǎo)致系統(tǒng)的成本和體積增加,同時增大輸出的電壓紋波。


通常,從直觀上理解,輸出電容ESR和輸出電容形成一個零點(diǎn),對于電流模式,這個零點(diǎn)不是必需的,因?yàn)殡娏髂J绞菃坞A的系統(tǒng),而且這個零點(diǎn)導(dǎo)致高頻的增益增加,系統(tǒng)容易受到高頻噪聲的干擾。所以電流模式或者使用ESR極低的陶瓷電容,使ESR零點(diǎn)提升到更高的頻率,就不會對反饋系統(tǒng)產(chǎn)生作用,或者再加入一個極點(diǎn)以抵消零點(diǎn)在高頻段的作用,加入極點(diǎn)的方法就是在ITH(Vc)管腳并一個對地的電容。



圖1:輸出電容ESR


電壓模式是LC形成的二階系統(tǒng),這個零點(diǎn)的引入可以一定的程度上抵消LC雙極點(diǎn)的一個極點(diǎn),使其向單階系統(tǒng)轉(zhuǎn)化。ESR越大,作用越明顯。因此電壓模式輸出電壓通常使用ESR大的電容。


另一方面,注意到,輸出電壓為:

Vo=Vco+ESR*DIL

DIL=a*Io

Vco為輸出電容的容抗上的電壓,DIL為電感的紋波電流,a為電流紋波系數(shù),一般取0.2-0.4。


輸出電壓的小信號值為:

DVo=VDco+D(ESR*a*Io)


若ESR小,式中后面的一項(xiàng)基本可以忽略;但是,由于電壓模式通常使用ESR值較大的輸出電容,這樣ESR就不可以忽略,由于ESR的作用,相當(dāng)于在輸入電壓的反饋信號中引入了一定程度的電流模式,電流模式反饋量為:D(ESR*a*Io)。


輸出電容的ESR將采樣的電流信號送到電壓誤差放大器的輸入端,和輸出電壓信號加在一起,經(jīng)過電壓誤差放大器放大,再送到PWM比較器,其工作的原理相當(dāng)于平均電流反饋。在電壓模式中,使用ESR大的輸出電容,相當(dāng)于引入一定程度的平均電流模式,從而增加系統(tǒng)對輸出負(fù)載變化的動態(tài)響應(yīng),提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。



2 電壓模式中輸入電壓前饋引入電流模式

對于輸入電壓的變化,目前通常采用輸入電壓前饋技術(shù),來提高系統(tǒng)對輸入電壓變化的響應(yīng)。電壓模式中,內(nèi)部時鐘信號產(chǎn)生鋸齒波的斜率固定為k,圖2中的虛線所示。在沒有電壓前饋時,產(chǎn)生的占空比為D*Ts,則有以下公式:

Vc=k*D*Ts


輸入電壓前饋就是在內(nèi)部鋸齒波上加入隨輸入電壓變化的斜坡,或者從Vc信號減去此斜坡。若采用輸入電壓前饋加在內(nèi)部鋸齒波上的方式,若外加的前饋電壓斜坡的斜率為ks,內(nèi)部鋸齒波和外加斜坡之和為:k+ks。


前饋前壓的斜率隨輸入電壓增加而增大,ks正比于Vin,即:ks正比于kVin*Vin,所以此時的占空比為:

D1=Vc/(k+ks)*Ts=Vc/(k+kVin*Vin)*Ts

占空比隨輸入電壓的增加立刻而減少,圖2中的實(shí)線所示,系統(tǒng)提前對輸入電壓變化做出相應(yīng)的響應(yīng)。

圖2:電壓模式加入輸入電壓前前饋

若不考慮效率,由功率平衡可以得到:Vin*Iin=Vo*Io,所以有:

ks=kVin*Vo*Io/Iin

從上式可以看到,所加的輸入電壓前饋信號也就是輸入的電流信號。事實(shí)上可以這樣理解:輸入電壓前饋技術(shù)也就是在理想的電壓模式中,疊加一定的電流反饋,以形成一定的電流反饋,從而增加系統(tǒng)對輸入電壓變化的響應(yīng)。



文章來源:微信公眾號   融創(chuàng)芯城(一站式電子元器件、PCB、PCBA購買服務(wù)平臺,項(xiàng)目眾包平臺,方案共享平臺)






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