大盘点：详解五种开关电源PWM反馈控制模式

模式控制理论研究上的进展。图3.A所示为平均电流模式控制PWM的原理图。输出电压信号VOUT与基准给定电压VREF的差值经过电压误差放大器E/A放大后得到误差电压VE，它接至电流误差信号放大器CA的同相端，作为输出电感电流的控制编程电压信号VCP（V CURRENT- PROGRAM）。

　　而带有锯齿纹波状分量的输出电感电流信号VI接至电流误差信号放大器CA的反相端，代表跟踪电流编程信号VCP的实际电感平均电流。VI 与VCP的差值经过电流放大器CA的放大后，得到平均电流跟踪误差信号VCA。再由VCA及三角锯齿波信号VT或VS通过比较器比较得到PWM关断时刻。VCA的波形与电流波形VI反相，所以，是由VCA的下斜波（对应于开关器件导通时期）与三角波VT或VS的上斜波比较产生关断信号。显然，这就意味着无形中增加了一定的斜坡补偿。为了避免次谐波振荡，VCA的上斜坡不能超过三角锯齿波信号VT或VS的上斜坡。平均电流模式控制的优点是①平均电感电流能够高度精确地跟踪电流编程信号。②不需要斜坡补偿。③调试好的电路抗噪声性能优越。④适合于任何电路拓扑对输入或输出电流的控制。⑤易于实现均流。缺点是①电流放大器在开关频率处的增益有最大限制 ②双闭环放大器带宽、增益等配合参数设计调试复杂。

　　图3.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48V/100A半桥电路通信开关电源模块实际上采用图3.B的控制方式。

　　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。 如图4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VC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VCH由控制电压VC减去一个固定电压值VH得到，VH叫做滞环带，VCH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VOUT、控制电压值VC及VCH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VCH，去除了发生次谐波振荡的可能性，见图4右下示意图。因为VCH1=VCH2，图4右下示意图中的情况不会出现。其优点：①不需要斜波补偿。②稳定性好，不容易因噪声发生不稳定振荡。缺点：①需要对电感电流全周期的检测和控制。②变频控制容易产生变频噪声。

　　5. 相加模式控制PWM (SUMMING-MODE CONTROL PWM)：

　　图5所示为相加模式控制PWM的原理图。与图1.A所示的电压模式控制有些相似，但有两点不同：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VI也与电压误差信号VE相加在一起构成一个总和信号VΣ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。其优点是：动态响应快（比普通电压模式控制快3~5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VI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

　　结论

　　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。

　　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。 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。