資料介紹
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,在實際的應用中,電壓模式的開關電源系統,即系統反饋環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變,從而提高系統動態響。
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絡參數下,很難在整個電壓輸入范圍和輸出負載變化范圍內都能穩定的工作。輸出負載變化可以通過加大輸出電容同時使用ESR值大的電容來優化其動特性,盡管這樣做導致系統的成本和體積增加,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,對于電流模式,這個零點不是必需的,因為電流模式是單階的系統,而且這個零點導致高頻的增益增加,系統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零點提升到更高的頻率,就不會對反饋系統產生作用,或者再加入一個極點以抵消零點在高頻段的作用,加入極點的方法就是在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,這個零點的引入可以一定的程度上抵消LC雙極點的一個極點,使其向單階系統轉化。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,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,其工作的原理相當于平均電流反饋。在電壓模式中,使用ESR大的輸出電容,相當于引入一定程度的平均電流模式,從而增加系統對輸出負載變化的動態響應,提高系統的穩定性。
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,來提高系統對輸入電壓變化的響應。電壓模式中,內部時鐘信號產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部鋸齒波上的方式,若外加的前饋電壓斜坡的斜率為ks,內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中的實線所示,系統提前對輸入電壓變化做出相應的響應。
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。事實上可以這樣理解:輸入電壓前饋技術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,從而增加系統對輸入電壓變化的響應。?
(mbbeetchina)
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