PWM控制下電壓反饋和電流反饋簡(jiǎn)介

脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制有兩種基本類型。它們的區(qū)別在于反饋回路的表現(xiàn)或者說(shuō)什么是被控制的變量。一種控制技術(shù)是電壓控制(電壓模式)，其中占空比δ正比于實(shí)際輸出電壓與 參考電壓的差值。而在電流控制(電流模式)中，占空比δ正比于參考電壓與一個(gè)電流有關(guān)的電壓之間的差值，在非隔離型拓?fù)渲羞@個(gè)電流是通過(guò)功率開(kāi)關(guān)的電流，而在隔離型拓?fù)渲?這個(gè)電流是初級(jí)繞組電流。

一個(gè)穩(wěn)壓器只通過(guò)調(diào)節(jié)占空比對(duì)負(fù)載電壓的變化做出響應(yīng)。由于它不直接測(cè)量負(fù)載電流或者 輸入電壓，如果負(fù)載電流或輸入電壓有任何的變化，負(fù)載電壓都需要一段時(shí)間才能響應(yīng)。這個(gè)延遲對(duì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的控制表現(xiàn)是有影響的，所以一般需要一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)確保穩(wěn)定 性。為了避免信號(hào)過(guò)沖或不穩(wěn)定的輸出電壓，反饋回路是需要補(bǔ)償?shù)摹?/p>

一個(gè)典型的電壓模式PWM控制器如圖所示。在這個(gè)電路中，A1是誤差放大器，A2是PWM比較器，A3是可選用的輸出驅(qū)動(dòng)器，它的功能是控制功率開(kāi)關(guān)的接口。一個(gè)振蕩器生成周期性的鋸 齒波電壓VOSC，在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的時(shí)鐘周期開(kāi)始的時(shí)候它的值是零，然后線性增長(zhǎng)直至這個(gè)時(shí)鐘 周期結(jié)束。誤差放大器A1比較的是一個(gè)非常精確的有溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷?VREF)與一個(gè)按比 例降低的DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓之間(VFB=VOUT×R2/(R1+R2))的差值。

誤差放大器A1的輸出電壓VF正比于VREF和VFB的差值。在每個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始時(shí)，VFB低于VREF，誤 差放大器的輸出VF和比較器A2的輸出都是高電平的。隨著轉(zhuǎn)換器的輸出電壓變大，VF逐漸變 小直至低于正在上升的VOSC電壓，自此以后，在接下來(lái)的周期里A2的輸出都是低電平的。這就 說(shuō)明了為什么占空比的變化和輸出電壓的變化是相反的(負(fù)反饋)。負(fù)反饋控制回路是穩(wěn)定的。

電壓模式的PWM控制器可能出現(xiàn)過(guò)沖，過(guò)度修正或者反向過(guò)沖，導(dǎo)致輸出電壓在一個(gè)高于或低于額定值的電位震蕩。因此一般通過(guò)刻意減慢反饋?lái)憫?yīng)的速度來(lái)避免轉(zhuǎn)換器的這些表現(xiàn)。這么做的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換器對(duì)突然出現(xiàn)在負(fù)載或輸入電壓的變化的反應(yīng)速度略慢。

如果需要一個(gè)反應(yīng)速度很快的PWM控制器來(lái)加速階躍響應(yīng)(瞬態(tài)響應(yīng))的速度，那么可以用電流控制(電流模式)來(lái)彌補(bǔ)電壓模式的這個(gè)缺點(diǎn)。

在電流模式控制的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，控制回路被分成兩個(gè)反饋回路，一個(gè)是控制電流的內(nèi)部控制回路，另一個(gè)是控制電壓的外部控制回路。對(duì)每個(gè)脈沖，不僅輸出電壓的改變而且負(fù)載電 流的改變都可以得到補(bǔ)償。一個(gè)典型的電流模式PWM控制器如圖所示。如同電壓控制電 路，A1是誤差放大器，A2是PWM比較器，A3可選用的輸出驅(qū)動(dòng)器，不同的是電流控制器中多了一個(gè)觸發(fā)器(flip-flop)G1。另一個(gè)振蕩器生成頻率為f的同步脈沖，一般這個(gè)頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于fosc。在每個(gè)周期開(kāi)始的時(shí)候，這個(gè)脈沖啟動(dòng)觸發(fā)器。

與電壓模式PWM控制器一樣，誤差 放大器A1產(chǎn)生一個(gè)由VREF和VFB的差值所決定的輸出電壓，周期開(kāi)始時(shí)，PWM輸出電壓是高電平 的。導(dǎo)通電流IS(功率開(kāi)關(guān)中的電流或初級(jí)繞組中的電流)，流經(jīng)感應(yīng)電阻RS，這個(gè)電阻兩端 的電壓是VS=RS×IS。隨著轉(zhuǎn)換器的輸出電壓逐漸上升，導(dǎo)通電流也開(kāi)始上升直到感應(yīng)電阻上的電壓超過(guò)誤差放大器的輸出電壓VF，這時(shí)PWM比較器的輸出變?yōu)楦唠娖?，重置觸發(fā)器并且關(guān)閉PWM的輸出直至下一個(gè)周期開(kāi)始。

電流模式穩(wěn)壓器中占空比的變化和輸出電壓的變化也是相反的，所以反饋回路也是穩(wěn)定的。但是它有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是外部電壓控制回路設(shè)定了一個(gè)閥值，當(dāng)?shù)竭_(dá)這個(gè)閥值時(shí)內(nèi)部電流控制回路開(kāi)始調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)或初級(jí)繞組中的電流尖峰。因?yàn)檩斎腚娏魇桥c輸出電流成正比的，如果 輸出電流突然變化，初級(jí)繞組中的電流也會(huì)隨之變化，電流模式PWM將在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)這個(gè)電流變化作出反應(yīng)。因此仍然可以減慢外部電壓控制回路的反應(yīng)速度來(lái)避免輸出電壓的偏離震 蕩問(wèn)題，但是這種轉(zhuǎn)換器可以對(duì)于輸出電流變化立即做出反應(yīng)。

電流模式的一個(gè)缺點(diǎn)是由于增加了額外的感應(yīng)電阻，轉(zhuǎn)化器的效率會(huì)降低。為了減少功耗， 這個(gè)電阻必須盡可能的小，但是這個(gè)電阻又必須足夠大從而可以為比較器提供一個(gè)足夠清晰的輸入。事實(shí)上電流模式PWM的比較器相對(duì)電壓模式的比較器必須有更高的質(zhì)量，輸入端的漂移偏差必須更小，對(duì)溫度變化的穩(wěn)定性必須更高。