开关电源电压模式及电流模式的比较

开关电源工作原理开关电源是一种常见的电源供应装置，其工作原理是将输入电压通过开关器件进行高频开关，经过变压、整流、滤波等电路处理后，得到稳定的输出电压。

开关电源具有高效率、小体积、重量轻等优点，广泛应用于各种电子设备中。

一、开关电源的基本构成开关电源由输入端、输出端和控制电路组成。

1. 输入端：输入端主要包括输入电源和输入电路。

输入电源为交流电源，输入电路包括输入滤波电路和整流电路。

其中，输入滤波电路用于滤除输入电源中的杂波和干扰，保证输入电源的稳定性；整流电路将交流电源转换为直流电源。

2. 输出端：输出端主要包括输出电路和输出滤波电路。

输出电路通过开关器件进行高频开关，将整流后的直流电源转换为高频脉冲信号，经过输出滤波电路后得到稳定的直流输出电压。

3. 控制电路：控制电路主要包括开关控制电路和保护电路。

开关控制电路用于控制开关器件的开关频率和占空比，保证输出电压的稳定性和精度；保护电路用于监测输入输出电流电压，当超过设定值时进行过载保护。

二、开关电源的工作原理开关电源的工作原理可分为两个过程：变频过程和整流滤波过程。

1. 变频过程：变频过程即将输入电压通过开关器件进行高频开关，形成高频脉冲信号。

开关器件通常采用开关管或晶闸管进行控制，高频开关频率通常在几十kHz至几MHz之间。

当开关器件导通时，输入电源的能量通过开关管传导至输出端，形成电流；当开关器件断开时，输出端的电感储能元件将电能通过二极管进行放电，形成负电流。

通过不断的开关导通-断开操作，输入电压的能量被转换为高频脉冲信号。

2. 整流滤波过程：经过变频过程的高频脉冲信号需要通过变压、整流和滤波电路进行进一步处理。

首先，高频脉冲信号经过变压电路进行降压变换，得到适合输出电压的信号。

然后，经过整流电路将高频信号转换为直流信号，通过二极管进行单向导通。

最后，通过滤波电路对直流信号进行滤波，去除残余脉动和高频噪声，得到稳定的输出电压。

三、开关电源的工作模式开关电源的工作模式主要有两种：连续导通模式和断续导通模式。

开关电源电流控制模式工作原理1. 电流控制模式简介开关电源的电流控制模式是一种常见的控制方法，主要用于稳定和调节电源的输出电流。

通过检测电源的输出电流并对其进行相应的调节，可以确保输出电流保持在一个预设的范围内。

这种控制模式在各种电子设备和系统中得到了广泛应用，如计算机、通信设备、医疗设备等。

2. 反馈环路组成电流控制模式的开关电源通常包含一个反馈环路，用于将输出电流与预设值进行比较，并根据比较结果进行调节。

反馈环路主要由电流检测器、误差放大器、调节器、PWM比较器和开关管等元件组成。

3. 误差放大器误差放大器是反馈环路中的一个关键元件，用于放大输出电流与预设值之间的误差。

误差放大器的输出与输入成比例关系，当输出电流偏离预设值时，误差放大器的输出会相应地增加或减小，以驱动调节器进行相应的调节。

4. 调节器调节器是反馈环路中的另一个重要元件，它通常采用PID（比例-积分-微分）控制器或类似的控制器。

调节器接收误差放大器的输出信号，并根据预设的控制参数（如比例系数、积分系数和微分系数）计算出一个控制信号。

该控制信号用于调节PWM比较器的输出，从而控制开关管的通断时间。

5. PWM比较器PWM比较器是开关电源中的另一个关键元件，它根据调节器输出的控制信号和振荡器输出的三角波信号进行比较，产生一个脉宽调制信号。

该信号的脉冲宽度与控制信号的大小成比例关系，从而控制开关管的通断时间，进而调节输出电流的大小。

6. 开关管控制开关管是开关电源中的主要执行元件，用于控制电源的通断。

在电流控制模式下，开关管的通断时间由PWM比较器输出的脉宽调制信号控制。

当脉宽调制信号为高电平时，开关管导通，电能输出到负载；当脉宽调制信号为低电平时，开关管关断，停止电能输出。

通过调节脉宽调制信号的占空比（即高电平时间占一个周期的比例），可以调节输出电流的大小。

7. 输出电压调整在某些情况下，开关电源需要具备输出电压调整功能。

通过在反馈环路中引入输出电压检测和相应的调节机制，可以实现对输出电压的稳定和调节。

【很完整】⽜⼈教你开关电源各功能部分原理分析、计算与选型1 开关电源介绍此⽂档是作为张占松⾼级开关电源设计之后的强化培训，基于计划安排，由申⼯讲解了变压器设计之后，在此⽂章中简单带过变压器设计原理，重点讲解电路⼯作原理和设计过程中关键器件计算与选型。

开关电源的⼯作过程相当容易理解，其拥有三个明显特征：开关：电⼒电⼦器件⼯作在开关状态⽽不是线性状态⾼频：电⼒电⼦器件⼯作在⾼频⽽不是接近⼯频的低频直流：开关电源输出的是直流⽽不是交流也可以输出⾼频交流如电⼦变压器1.1 开关电源基本组成部分1.2 开关电源分类：开关电源按照拓扑分很多类型：buck boost 正激反激半桥全桥 LLC 等等，但是从本质上区分，开关电源只有两种⼯作⽅式：正激：是开关管开通时传输能量，反激：开关管关断时传输能量。

下⾯将以反激电源为例进⾏讲解。

1.3 反激开关电源简介反激⼜被称为隔离buck-boost 电路。

基本⼯作原理：开关管打开时变压器存储能量，开关管关断时释放存储的能量反激开关电源根据开关管数⽬可分为双端和单端反激。

根据反激变压器⼯作模式可分为CCM 和DCM 模式反激电源。

根据控制⽅式可分为PFM 和PWM 型反激电源。

根据驱动占空⽐的产⽣⽅式可分为电压型和电流型反激开关电源。

我们所要讲的反激电源精确定义为：电流型PWM 单端反激电源。

1.4 电流型PWM 单端反激电源此类反激电源优点：结构简单价格便宜，适⽤⼩功率电源。

此类反激电源缺点：功率较⼩，⼀般在150w 以下，纹波较⼤，电压负载调整率低，⼀般⼤于5%。

此类反激电源设计难点主要是变压器的设计，特别是宽输⼊电压，多路输出的变压器。

2 举例讲解设计过程为了更清楚了解设计中详细计算过程，我们将以220VAC-380VAC 输⼊，+5V±3%（5A），±15±5%（0.5A）三路共地输出反激电源为例讲解设计过程。

提出上⾯要求，选择思路如下：提出上⾯要求，选择思路如下：电源总输出功率P=5*5W+15*0.5*2=40W 功率较⼩，可以选择反激开关电源。

电源芯片的工作模式都有哪些特点？开关电源以其体积小、能量利用率高的特性，被广泛应用于航天航空领域、家电、通信等领域。

那开关电源常见的工作模式有哪些呢？工作在这种模式下又具备哪些特点？本文为您讲解常见的两种模式：CCM，DCM。

一、C CM及DCM的定义M（Continuous Conduction Mode）连续导通模式：在一个开关周期内，电感电流从不会到0。

通俗来讲就是电感“从不复位”，意味着在开关周期内电感磁通量从不为0，功率管闭合后，电感中还有电流流过。

2.DCM（Discontinuous Conduction Mode）非连续导通模式或者叫断续导通模式：在一个开关周期内，电感电流总会会到0。

通俗来讲就是电感被“适当复位”，功率管闭合后，电感中电流为0。

二、C CM工作模式与特点1.根据CCM的特点，测得降压变压器工作在连续模式下的波形。

如下图1所示。

波形1表示PWM的波形，将开关管触发成导通和截止状态。

当开关管SW导通时，公共点SW/D上的电压为Vin。

当开关管SW关断时，公共点SW/D上的电压为负压，电感电流就会对二极管D产生偏置电流，出现负压降——实现续流的作用。

波形3描述了电感两端电压的变化。

在平衡点，电感L两端的平均电压为0，即S1+S2=0。

S1面积对应开关导通时电压与时间的乘积，S2面积对应于开关关断时电压与时间的乘积。

S1简单地用矩阵高度（V in-V OUT）乘以DT SW，S2也可以简单地用矩阵高度-V out乘以（1-D）T sw。

如果对S1和S2求和，然后再整个周期T sw内平均，得到：（D(V in-V out)T sw-V out(1-D)T sw）/T sw=0化简上式可以得到CCM的降压DC传递函数：V out=DV in从上式可以看到V out是随着D(占空比)变化的。

总结CCM降压变压器的特点：●D限定在小于1，降压变压器的输出电压必定小于输入电压。

●通过变化占空比D，可以控制输出电压。

恒流充电和恒压充电电路怎样区别
 恒流恒压充电
 恒流恒压充电第一阶段以恒定电流充电；当电压达到预定值时转入第二阶段进行恒压充电，此时电流逐渐减小；当充电电流达到下降到零时，蓄电池完全充满。

这种是目前锂电池最常用的充电方法。

 开关电源的恒压模式和恒流模式
 充电桩之芯作为一种AC/DC电源，它是以恒定电压输出还是以恒定电流输出，这是由充电桩之芯自己决定的吗？为了回答这个问题，我们需要科普一下开关电源的恒压工作模式和恒流工作模式。

 恒压（CV，ConstantVoltage）模式，是指开关电源的输出电压恒定，开关电源的控制环路是电压环在起作用，电压环的给定电压就是电源输出的恒定电压。

恒压模式下的输出电流大小是由负载决定的。

 1，对于单环控制系统，恒压模式下，电压环在工作。

反激式开关电源的基本工作模式及输入输出关系 (2012-04-20 11:09:07)电源的三中基本工作模式介绍如果按照开关电源内部储能电感或储能变压器在开关周期内的能量存储状态区分，则其基本工作模式可分为三种：电流连续模式(CCM)，电流断续模式(DCM)及电流临界模式(BCM)。

在这三种模式中，BCM模式其实为CCＭ与DCM模式的特殊形态:- BCM模式: 若在每个开关周期开始或结束时，储能电感或储能变压器所存储的能量刚好释放到0（对应的，其内部的最小磁通Φmin也刚好为0），那么，此时电源工作在BCM模式下；此工作模式在变频（PFM）或RCC电源中较为常见；- CCM模式: 若每个开关周期开始或结束时，储能电感或储能变压器中最小磁通Φmin不为0，则变换器工作在CCM；此时储能电感或储能变压器还有残余能量存储；另外，从电流波形上来看，其中有直流分量存在；采用CCM模式可以有效降低开关管的电流应力，但需要较大的电感量；- DCM模式: 若每个开关周期开始或结束前，储能电感或储能变压器中最小磁通Φmin已经为0，那么变换器工作在DCM。

此模式下电源工作比较稳定，反馈设计也较简单，但开关管的电流应力会较大。

- CCM、BCM与DCM模式的转换当电源设计在CCM模式下时，理论上：1）当输入及输出电压保持不变的时，若负载阻抗逐渐增加(输出电流减少)：* 保持CCM工作模式，占空比不会发生变化，直到上面图示中的Ipp2=0或Isp2=0为止，* 当负载电流减少到刚好使Ipp2=0或Isp2=0时，电源进入BCM模式，* 若继续减少负载电流，Ipp2或Isp2仍为0，但电源进入DCM模式，* 对Buck或隔离式Buck拓扑(如Forward,Push-Pull,Half-bridge,Full-Bridge等)，若电源进入DCM模式，则占空比将按下面规律变化：式中: D：为占空比；T: 开关周期(S)；R：输出负载(欧姆)；L: 输出储能电感感量(H)；Vo:输出电压(V)；Vns：输出储能电感的输入电压；另外，对Buck或隔离式Buck拓扑来说，CCM模式下需注意的是，若占空比设计超过0.5，则需要注意当占空比跨越0.5时，反馈系统可能不稳定；若采用电流反馈，则需要作电流斜率补偿；2）反之，电源将从DCM变化到BCM，之后进入CCM模式；3）当输出负载保持不变时，若逐渐增加输入电压，电源将会从CCM变化到BCM，之后进入DCM模式；这也是为什么在设计计算时要验证最小占空比的原因之一(另一重要原因是要降低开关管的导通交越损失，确保开关周期内最小导通时间ton比开关管本身的开通时间要长的多；一般MosFET的开通时间约为100nS 左右，而ton要确保在1uS以上)；反激式开关电源的基本工作模式及输入输出关系反激式开关电源的基本原理图1 BCM&CCM模式- BCM&CCM模式下的电压关系：a.在开关管导通时，一次绕组电压(Vin)与二次绕组电压(Vos)之间的关系：，开关管承受电压：，整流管承受电压：；b.在开关管关断期间，二次绕组电压(Vns)与一次绕组电压(Vor)之间的关系：；式中，开关管承受电压：根据伏秒规律,如图中所示，有: ，即：，所以：- BCM&CCM模式下的电流关系：a.在开关管关断瞬间，根据能量守恒[ ]，一次绕组存储能量：，它应等于二次绕组释放的能量：因此：，由于电感量与圈数平方成正比，故而，所以，这就是反激式变压器的安匝数规律；b.在开关管导通瞬间，根据能量守恒同样有[]:二次绕组停止能量释放，变压器剩余能量：，它也是一次绕组开始储能的起点：，因此：；c.假设在开关管导通期间(ton内，非整个周期)，一次绕组的平均电流为Ipm，而关断期间(toff)二次绕组的平均电流为Ism，根据能量守恒同样有；由上面的分析结果可验证反激式变压器的安匝数规律；若圈数比为n，则;2 DCM模式如图所示，在整个周期T内：1）开关管导通期间(ton)，变压器进行能量存储；2）开关管关断期间(toff=tr+td)：* 变压器在tr时间内将能量完全释放：，* 变压器在td时间内不工作；若td=0,则变压器进入BCM。

开关电源中的电流型控制模式摘要：讨论了开关电源中电流反馈控制模式的工作原理、优缺点，以及与之有关的斜波补偿技术。

关键词：开关电源；电流型控制；斜波补偿1引言PWM型开关稳压电源是一个闭环控制系统,其基本工作原理就是在输入电压、内部元器件参数、外接负载等因素发生变化时，通过检测被控制信号与基准信号的差值，利用差值调节主电路功率开关器件的导通脉冲宽度，从而改变输出电压的平均值，使得开关电源的输出电压保持稳定。

以开关电源中的降压型变换为例（其它类型如正激型、推挽型等，均可由降压型派生得到），图1表示了该变换器的主电路的基本拓扑结构。

图1降压型开关电源根据选用不同的PWM控制模式，图1电路中的输入电压Uin、输出电压Uo、开关功率器件电流(可从A点采样)、输出电感电流(可从B或C点采样)均可作为控制信号，用于完成稳压调节过程。

目前在开关电源中广泛使用的控制方式是通过对输出电压或电流(功率开关器件或输出电感上流过的电流)进行采样，即形成2类控制方式：电压控制模式与电流控制模式。

2电流控制模式的工作原理图2为检测输出电感电流的电流型控制的基本原理框图。

它的主要特点是：将采样得到的电感电流直接反馈去控制功率开关的占空比，使功率开关的峰值电流直接跟随电压反馈电路中误差放大器输出的信号。

从图2中可以看出,与单一闭环的电压控制模式相比,电流模式控制是双闭环控制系统，外环由输出电压反馈电路形成，内环由互感器采样输出电感电流形成。

在该双环控制中，由电压外环控制电流内环，即内环电流在每一开关周期内上升，直至达到电压外环设定的误差电压阈值。

电流内环是瞬时快速进行逐个脉冲比较工作的，并且监测输出电感电流的动态变化，电压外环只负责控制输出电压。

因此电流型控制模式具有比起电压型控制模式大得多的带宽。

图2检测输出电感电流的电流型控制原理框图实际电路以单端正激型电源为例，如图3所示。

误差电压信号Ue送至PWM比较器后，并不是像电压模式那样与振荡电路产生的固定三角波状电压斜波比较调宽，而是与一个变化的、峰值代表功率开关上的电流信号(由Rs上采样得到)的三角状波形信号(电感电流不连续)或矩形波上端叠加三角波合成波形信号(电感电流连续)比较，然后得到PWM脉冲关断时刻。

通信开关电源的五种PWM反馈控制模式研究摘要根据实际设计工作经验及有关参考文献比较详细地依据基本工作原理图说明了电压模式峰值电流模式平均电流模式滞环电流模式相加模式等PWM反馈控制模式的基本工作原理发展过程关键波形性能特点及应用要点关键词脉冲宽度调制反馈控制模式开关电源1 引言PWM开关稳压或稳流电源基本工作原理就是在输入电压变化内部参数变化外接负载变化的情况下控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈调节主电路开关器件的导通脉冲宽度使得开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定 PWM的开关频率一般为恒定控制取样信号有输出电压输入电压输出电流输出电感电压开关器件峰值电流由这些信号可以构成单环双环或多环反馈系统实现稳压稳流及恒定功率的目的同时可以实现一些附带的过流保护抗偏磁均流等功能现在主要有五种PWM反馈控制模式下面以VDMOS开关器件构成的稳压正激型降压斩波器为例说明五种PWM反馈控制模式的发展过程基本工作原理详细电路原理示意图波形特点及应用要点以利于选择应用及仿真建模研究2 开关电源PWM的五种反馈控制模式一般来讲正激型开关电源主电路可用图1所示的降压斩波器简化表示,Ug 表示控制电路的PWM输出驱动信号根据选用不同的PWM反馈控制模式电路中的输入电压Uin输出电压Uout开关器件电流(由b点引出)电感电流(由c点引出或d点引出)均可作为取样控制信号输出电压Uout在作为控制取样信号时通常经过图2所示的电路进行处理得到电压信号Ue Ue再经处理或直接送入PWM 控制器图2中电压运算放大器(e/a)的作用有三将输出电压与给定电压Uref 的差值进行放大及反馈保证稳态时的稳压精度该运放的直流放大增益理论上为无穷大实际上为运放的开环放大增益将开关电源主电路输出端的附带有较宽频带开关噪声成分的直流电压信号转变为具有一定幅值的比较干净的直流反馈控制信号(Ue)即保留直流低频成分衰减交流高频成分因为开关噪声的频率较高幅值较大高频开关噪声衰减不够的话稳态反馈不稳高频开关噪声衰减过大的话动态响应较慢虽然互相矛盾但是对电压误差运算放大器的基本设计原则仍是低频增益要高高频增益要低对整个闭环系统进行校正使得闭环系统稳定工作输入电压电流等信号在作为取样控制信号时大多也需经过处理由于处理方式不同下面介绍不同控制模式时再分别说明2.1 电压模式控制PWM (Voltage-mode Control PWM)图3(a)为BUCK降压斩波器的电压模式控制PWM反馈系统原理图电压模式控制PWM是60年代后期开关稳压电源刚刚开始发展而采用的第一种控制方法该方法与一些必要的过电流保护电路相结合至今仍然在工业界很好地被广泛应用电压模式控制只有一个电压反馈闭环采用脉冲宽度调制法即将电压误差放大器采样放大的慢变化的直流信号与恒定频率的三角波上斜坡相比较通过脉冲宽度调制原理得到当时的脉冲宽度见图3(a)中波形所示逐个脉冲的限流保护电路必须另外附加当输入电压突然变小或负载阻抗突然变小时因为主电路有较大的输出电容C及电感L相移延时作用输出电压的变小也延时滞后输出电压变小的信息还要经过电压误差放大器的补偿电路延时滞后才能传至PWM比较器将脉宽展宽这两个延时滞后作用是暂态响应慢的主要原因电压模式控制的优点PWM三角波幅值较大脉冲宽度调节时具有较好的抗噪声裕量占空比调节不受限制对于多路输出电源它们之间的交互调节效应较好单一反馈电压闭环设计调试比较容易对输出负载的变化有较好的响应调节缺点对输入电压的变化动态响应较慢补偿网络设计本来就较为复杂闭环增益随输入电压而变化使其更为复杂输出LC滤波器给控制环增加了双极点在补偿设计误差放大器时需要将主极点低频衰减或者增加一个零点进行补偿在传感及控制磁芯饱和故障状态方面较为麻烦复杂改善加快电压模式控制瞬态响应速度的方法有二种一是增加电压误差放大器的带宽保证具有一定的高频增益但是这样容易受高频开关噪声干扰影响需要在主电路及反馈控制电路上采取措施进行抑制或同相位衰减平滑处理另一方法是采用电压前馈模式控制PWM技术原理如图3(b)所示用输入电压对电阻电容(RFF CFF)充电产生的具有可变化上斜坡的三角波取代传统电压模式控制PWM中振荡器产生的固定三角波此时输入电压变化能立刻在脉冲宽度的变化上反映出来因此该方法对输入电压的变化引起的瞬态响应速度明显提高对输入电压的前馈控制是开环控制而对输出电压的控制是闭环控制目的是增加对输入电压变化的动态响应速度这是一个有开环和闭环构成的双环控制系统2.2 峰值电流模式控制PWM (Peak Current-mode Control PWM)峰值电流模式控制简称电流模式控制它的概念在60年代后期来源于具有原边电流保护功能的单端自激式反激开关电源在70年代后期才从学术上作深入地建模研究直至80年代初期第一批电流模式控制PWM集成电路UC3842UC3846的出现使得电流模式控制迅速推广应用主要用于单端及推挽电路近年来由于大占空比时所必需的同步不失真斜坡补偿技术实现上的难度及抗噪声性能差电流模式控制面临着改善性能后的电压模式控制的挑战如图4所示误差电压信号 Ue 送至PWM比较器后并不是象电压模式那样与振荡电路产生的固定三角波状电压斜坡比较而是与一个变化的其峰值代表输出电感电流峰值的三角状波形或梯形尖角状合成波形信号U比较然后得到PWM脉冲关断时刻因此(峰值)电流模式控制不是用电压误差信号直接控制PWM脉冲宽度而是直接控制峰值输出侧的电感电流大小然后间接地控制PWM脉冲宽度电流模式控制是一种固定时钟开启峰值电流关断的控制方法因为峰值电感电流容易传感而且在逻辑上与平均电感电流大小变化相一致但是峰值电感电流的大小不能与平均电感电流大小一一对应因为在占空比不同的情况下相同的峰值电感电流的大小可以对应不同的平均电感电流大小而平均电感电流大小才是唯一决定输出电压大小的因素在数学上可以证明将电感电流下斜坡斜率的至少一半以上斜率加在实际检测电流的上斜坡上可以去除不同占空比对平均电感电流大小的扰动作用使得所控制的峰值电感电流最后收敛于平均电感电流1因而合成波形信号U要有斜坡补偿信号与实际电感电流信号两部分合成构成当外加补偿斜坡信号的斜率增加到一定程度峰值电流模式控制就会转化为电压模式控制因为若将斜坡补偿信号完全用振荡电路的三角波代替就成为电压模式控制只不过此时的电流信号可以认为是一种电流前馈信号见图4所示当输出电流减小峰值电流模式控制就从原理上趋向于变为电压模式控制当处于空载状态输出电流为零并且斜坡补偿信号幅值比较大的话峰值电流模式控制就实际上变为电压模式控制了峰值电流模式控制PWM是双闭环控制系统电压外环控制电流内环电流内环是瞬时快速按照逐个脉冲工作的功率级是由电流内环控制的电流源而电压外环控制此功率级电流源在该双环控制中电流内环只负责输出电感的动态变化因而电压外环仅需控制输出电容不必控制LC储能电路由于这些峰值电流模式控制PWM具有比起电压模式控制大得多的带宽峰值电流模式控制PWM的优点:暂态闭环响应较快对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快控制环易于设计输入电压的调整可与电压模式控制的输入电压前馈技术相妣美简单自动的磁通平衡功能瞬时峰值电流限流功能即内在固有的逐个脉冲限流功能自动均流并联功能缺点占空比大于50%的开环不稳定性存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差闭环响应不如平均电流模式控制理想容易发生次谐波振荡即使占空比小于50%也有发生高频次谐波振荡的可能性因而需要斜坡补偿对噪声敏感抗噪声性差因为电感处于连续储能电流状态与控制电压编程决定的电流电平相比较开关器件的电流信号的上斜坡通常较小电流信号上的较小的噪声就很容易使得开关器件改变关断时刻使系统进入次谐波振荡电路拓扑受限制对多路输出电源的交互调节性能不好2.3 平均电流模式控制PWM (Average Current-mode Control PWM)平均电流模式控制概念产生于70年代后期平均电流模式控制 PWM集成电路出现在90年代初期成熟应用于90年代后期的高速CPU专用的具有高di/dt动态响应供电能力的低电压大电流开关电源图5(a)所示为平均电流模式控制PWM 的原理图1将误差电压Ue接至电流误差信号放大器(c/a)的同相端作为输出电感电流的控制编程电压信号Ucp U current- program带有锯齿纹波状分量的输出电感电流信号Ui接至电流误差信号放大器(c/a)的反相端代表跟踪电流编程信号Ucp的实际电感平均电流Ui与Ucp的差值经过电流放大器(c/a)放大后得到平均电流跟踪误差信号Uca 再由Uca及三角锯齿波信号U或Us通过比较T器比较得到PWM关断时刻Uca的波形与电流波形Ui反相所以是由Uca的下斜坡对应于开关器件导通时期与三角波U或Us的上斜坡比较产生关断信号T显然这就无形中增加了一定的斜坡补偿为了避免次谐波振荡Uca的上斜坡不或Us的上斜坡能超过三角锯齿波信号UT平均电流模式控制的优点是平均电感电流能够高度精确地跟踪电流编程信号 不需要斜坡补偿调试好的电路抗噪声性能优越适合于任何电路拓扑对输入或输出电流的控制易于实现均流缺点是电流放大器在开关频率处的增益有最大限制双闭环放大器带宽增益等配合参数设计调试复杂 图5(b)为增加输入电压前馈功能的平均电流模式控制非常适合输入电压变化幅度大变化速度快的中国电网情况澳大利亚R-T 公司的48 V/100 A 半桥电路通信开关电源模块实际上采用图5(b)的控制方式2.4 滞环电流模式控制PWM (Hysteretic Current-mode Control PWM)滞环电流模式控制PWM 为变频调制也可以为定频调制2图6所示为变频调制的滞环电流模式控制PWM 将电感电流信号与两个电压值比较第一个较高的控制电压值U c (U c =U e )由输出电压与基准电压的差值放大得到它控制开关器件的关断时刻第二个较低电压值U ch 由控制电压U c 减去一个固定电压值U h 得到U h为滞环带Uch 控制开关器件的开启时刻滞环电流模式控制是由输出电压值Uout控制电压值Uc 及Uch三个电压值确定一个稳定状态比电流模式控制多一个控制电压值Uch 去除了发生次谐波振荡的可能性见图6右下示意图因为Uch1=Uch2图6右下示意图的情况不会出现滞环电流控制模式的优点不需要斜坡补偿稳定性好不容易因噪声发生不稳定振荡缺点需要对电感电流全周期的检测和控制变频控制容易产生变频噪声2.5 相加模式控制PWM (Summing-mode Control PWM)图7所示为相加模式控制PWM的原理图与图3所示的电压模式控制有些相似但有两点不同3一是放大器(e/a)是比例放大器没有电抗性补偿元件控制电路中电容C1较小起滤除高频开关杂波作用主电路中的较小的Lf Cf滤波电路如图中虚线所示,也可以不用也起减小输出高频杂波作用若输出高频杂波小的话均可以不加因此电压误差放大没有延时环节电流放大也没有大延时环节二是经过滤波后的电感电流信号Ui 也与电压误差信号Ue相加在一起构成一个总和信号U与三角锯齿波比较得到PWM控制脉冲宽度相加模式控制PWM 是单环控制但它有输出电压输出电流两个输入参数如果输出电压或输出电流变化那么占空比将按照补偿它们变化的方向而变化相加控制模式的优点是动态响应快比普通电压模式控制快35倍动态过冲电压小输出滤波电容需要较少相加模式控制中的Ui注入信号容易用于电源并联时的均流控制缺点是需要精心处理电流电压取样时的高频噪声抑制3 结论1)不同的PWM反馈控制模式具有各自不同的优缺点在设计开关电源选用时要根据具体情况选择合适的PWM的控制模式2)各种控制模式PWM反馈方法的选择一定要结合考虑具体的开关电源的输入输出电压要求主电路拓扑及器件选择输出电压的高频噪声大小占空比变化范围等3)PWM控制模式是发展变化的,是互相联系的在一定的条件下是可以互相转化的参考文献1 Power Supply Control Products(PS)Data Book, Unitrode from Texas Instruments 20002 Anunciada V , Silva M New Constant-Frequency Current Mode Control for Power Converters, Stable for all values of Duty Ratio, and Usable in All Four Quadrants .IEEE Transaction on Industrial Electronics, 1990,37(4) 40453 Lenk,Ron Summing-Mode Control,PCIM, 1999 ,(5):2435。