对一个简单的峰值电流限制进行改进方法 故障保护是所有电源控制器都有的一个重要功能。几乎所有应用都要求使用过载保护。对于峰值电流模式控制器而言，可以通过限制最大峰值电流来轻松实现这个功能。在非连续反向结构中，为峰值电流设置限制可最终限制电源从输入源获得的功率。但是，限制输入功率不会限制电源的输出电流。如果出现过载故障时输入功率保持不变，则随着输出电压下降，输出电流增加（P=V*I）。发生短路故障时，这会让输出整流器或者系统配电出现难以接受的高损耗。本文利用一些小小的创新和数个额外组件，为您介绍如何对一个简单的峰值电流限制进行改进，将电源变为一个恒定电流源，而非一个恒定功率源。 图1对比了理想输出电压与恒定功率和恒定电流限制的电流。这两种情况下，过载故障保护都在120%最大额定负载时起作用。在一个使用功率限制的系统中，输出电流随负载增加电压反向而增加。在现实系统中，有功率限制的反向控制器会在某个点关闭，原因是控制器的偏压损耗。相比之下，一旦超出过载阈值，有电流限制的系统便会立刻关闭。可以通过直接检测隔离边界二次侧的负载电流，实现电流限制。但是，这样做需要使用更多的电路，效率降低，而且成本一般会高得离谱。 图2 显示了移动设备充电器所使用的一个5V/5W 非连续反向电源的原理图。在范例中，我们使用了UCC28C44 控制器，它是大多数经济型峰值电流模式控制器的代表，拥有功率限制功能。在非连续反向结构中，如果忽略效率影响，可使用方程式1 计算负载功率（P）的大小。 由于变压器电感（L）和开关频率（f）均固定不变，因此可以通过控制峰值一次电流（IPK）对输出电压（VOUT）进行调节。随着输出电流（IOUT）增加，电压开始下降，但是反馈环路要求更高的峰值电流来维持电压调节。 在反向转换器内部，引脚1（COMP）的反馈电压与峰值电流比较。通过R15 检测该峰值
开关电源峰值电流模式控制PWM的优缺点 近年来电流模式控制面临着改善性能后的电压模式控制的挑战，因为这种改善性能的电压模式控制加有输入电压前馈功能，并有完善的多重电流保护等功能，在控制功能上已具备大部分电流模式控制的优点，而在实现上难度不大，技术较为成熟。 由输出电压VOUT 与基准信号VREF的差值经过运放（E/A）放大得到的误差电压信号 VE 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波比较，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 VΣ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。电感电流下斜波斜率的至少一半以上斜率加在实际检测电流的上斜波上，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。因而合成波形信号VΣ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。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的，是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。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。以下是开关电源峰值电流模式控制PWM的优缺点： 峰值电流模式控制PWM的优点是： ①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； ②控制环易于设计； ③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； ④简单自动的磁通平衡功能； ⑤瞬时峰值电流限流功能，内在固有的逐个脉冲限流功能； ⑥自动均流并联功能。 峰值电流模式控制PWM的缺点是： ①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。 ②闭环响应不如平均电流模式控制理想。 ③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。 ④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波通常较小，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。 ⑤电路拓扑受限制。
峰值电流模式控制总结 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（UC3842、UC3846）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1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 比较，然后得到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 Σ 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。 图1采用斜坡补偿的BUCK电流型控制 1. 峰值电流模式控制PWM的优点: ①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；峰值电流模式控制PWM是双闭环控制系统，电压外环控制电流环。电流环是瞬时快速按照逐个脉冲工作的。功率级是由电流环控制的电流源，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。 ②虽然电源的L－C滤波电路为二阶电路，但增加了电流环控制后，只有当误差电压发生变化时，才会导致电感电流发生变化。即误差电压决定电感电流上升的程度，进而决定功率开关的占空比。因此，可看作是一个电流源，电感电流与负载电流之间有了一定的约束关系，使电感电流不再是独立变量，整个反馈电路变成了一阶电路，由于反馈信号电路与电压型相比，减少了一阶，因此误差放大器的控制环补偿网络得以简化，稳定度
一种大电流输出的全桥DC/DC变换器平均电流控制模式控制分析 2009年09月21日作者：王少坤来源：《中国电源博览》编辑：樊晓琳 摘要：倍流整流电路能够降低变压器副边的电流，特别适合于大电流输出的应用。本文分析和研究了平均电流模式控制策略在带有倍流整流电路的大电流输出全桥DC/DC变换器中的应用。并进行了仿真和实验。 关键词：DC/DC变换器；电流控制；倍流整流 Abstract: The two inductor rectifier circuit offers reduced secondary side current rating and is most suitable for high current applications. The paper analysis of average current mode Control on a high current output FB DC/DC Converter with two inductor rectifier circuit. Simulations and experiments ensure the rightness of the method. Key Words: FB DC/DC Converter; Current-mode Control; Compensation Network 0 引言 相比电压控制模式控制，电流控制模式通过对电感电流的相位补偿，大大改善了电源的动态响应和并联特性。倍流整流（CDR）能够降低变压器副边的电流，减少其损耗；同时它有两个输出滤波电感，流经每个电感的电流只有负载电流的一半，输出滤波电感的损耗也小，特别适用于现今越来越多的需要大电流输出的场合。本文对一种带倍流整流电路的全桥 DC/DC变换器的平均电流模式控制进行了分析和仿真。 1 两种电流控制模式的优缺点比较 电流控制模式有两种类型：峰值电流模式控制(PCMC)和平均电流模式控制(ACMC)。 峰值电流模式的优点是控制具有内在的输入电压反馈，逐个脉冲峰值电流限制和在保证隔离变压器磁芯的磁通平衡；但其缺点是易受噪声干扰，具有平均电流误差和需要斜坡补偿。平均电流模式则由于其显著优点得到了广泛应用, ○1跟踪电流设定值。这点应用在高功率因数控制电路中尤其重要,此时用一个小电感就能获得小于3%的谐波畸变,并且即使电路模型由连续电流模式过渡到不连续电流模式,平均电流法也能很好地工作;②噪声抑制能力强,因为当时钟脉冲使功率开关管开通后,晶振幅度迅速降到了一个低值; ③无须斜坡补偿,但为了电路工作稳定,在开关频率附近必须限定环路增益; ④平均电流法可应用在任意电路拓扑上,既能控制Buck 和Flyback 电路的输入电流,又能控制Boost 和Flyback 电路的输出电流。 2 带有倍流整流电路的全桥DC/DC变换器电路拓扑
电流模式降压控制器的精确控制环路 标签: 控制器电流2012-09-16 14:56 峰值电流控制模式通常是电源设计人员的首选方案，因为其控制-输出传输函数具有一阶频率响应特性。基于一阶模型的控制回路设计的相位裕量接近90°。然而，实际应用中发现所能获得的相位裕量远远小于90°，具体取决于单位增益频率的选择、占空比和所采用的斜率补偿，这是由于控制回路电流比较器的采样效应引起的。本文描述了MAX1954A电流模式控制器的控制回路设计，设计时考虑了采样效应的影响，准确预测了相位裕量。这里使用的分析方法并不针对MAX1954A，能够适用于目前市场上的大多数电流模式降压IC。 一阶模型 降压型DC-DC转换器的典型电流模式控制环路如图1所示。采用固定频率时钟(CLK)导通高边MOSFET。PWM比较器反相输入端由电感电流产生的电压大于控制电压vc时，Q1关闭。通过vc设置峰值电感电流，以保持输出电压vo的稳定。这样，输出电感表现为一个电流源，从而得到一阶控制-输出传输函数。斜坡补偿电压vs 加到PWM比较器的第二反相输入端，在占空比高于0.5时可防止工作周期内的谐波不稳定性，提高噪声抑制。电流控制模式的相关波形如图2所示。 图1. 峰值电流控制模式电路原理图
图2. 电流控制模式波形图 控制-输出传输函数通常用于设计峰值电流模式控制器，如下式所示： 由上式可以估算输出电容Co和负载电阻Ro产生的极点ωp。由该式还可估算出输出电容及其等效串联电阻(ESR) Rc产生的零点ωz。由以上模型得出的增益和相位与实际应用获得的值不同，这是由于PWM比较器的“采样和保持”效应，每周期仅对电流波形采样一次的结果。查阅参考文献[1]可知：必须对以上公式中的简单峰值电流控制模型加以改进，使其在1/2开关频率处具有双极点，以体现采样效应。 估算相位裕量 下文描述了MAX1954A电流模式控制器的环路设计，考虑高频效应并精确估算了相位裕量。利用 MAX1954A*估板电路原理图实现该设计，参考了MAX1954A*估板数据资料和MAX1954A数据资料。 以下公式给出了精确的控制-输出传输函数：
峰值电流模式控制在移相全桥变换器中的应用 陈咸丰，尹斌 （河海大学，南京，210098） 摘要：本文主要讨论了峰值电流模式控制的斜坡补偿的原理和意义，设计了移相全桥零电压开关控制电路中的斜坡补偿电路。 关键词：峰值电流模式；斜坡补偿；稳定性；移相全桥 Application of Peak-Current-Mode-Control Technique in Phase-shift Full-bridge Converter CHEN Xian-feng，Yin Bing (Hohai University，Nanjing，210098，China) Abstract：The paper analyzes the principle and the meaning of slope compensation in peak current mode control .At last t he slope compensation in phase-shift full-bridge zero-voltage-switching circuit is designed. Keywords：peak current mode；slope compensation；stability；phase-shift full-bridge 1 引言 随着我国科技的发展和工业化进程的进一步提高，对通信开关电源和电力操作直流电源的效率、功率密度、可靠性和EMI 等提出了更高的要求。因此就需要采用新的主电路拓扑结构和采用新的PWM控制模式。目前研究较多的就是移相全桥软开关PWM 变换器的电路拓扑。其PWM控制模式也有电压模式控制和电流模式控制两种。传统的开关电源普遍采用电压模式控制的PWM技术，但在此控制模式下系统的动态响应速度比较慢。峰值电流模式控制的PWM技术正是针对电压模式控制PWM技术的缺点发展起来的。该模式控制因动态响应速度快、补偿电路简化、增益带宽大、易于均流等优点而被广泛应[]1 用。在移相全桥变换器中，控制策略多采用峰值电流模式控制。 2 两种PWM控制模式基本原理及特点2.1 两种PWM控制模式的基本原理 图1(a)为电压模式控制的PWM原理图。由图可以看出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。它工作的基本原理是：输出电压Uo与参考电压Uref经误差放大器EA放大后得到了一个误差电压信号Ue，Ue再与振荡电路产生的固定锯齿波电压经PWM比较器COM比较,由锁存器输出占空比随误差电压信号Ue变化的一系列脉冲。图1(b)为峰值电流模式控制的PWM原理图。由图可以看出，它是一个双闭环控制系统，电压外环控制电流内环。它工作的基本原理是：输出电压Uo与参考电压Uref经误差放大器EA 放大后得到一个误差电压信号Ue，Ue再与电感电流的采样电压Ur比较，由恒频时钟脉冲置位锁存器输出脉冲。当Ur幅度达到Ue电平时，PWM比较器的状态反转，锁存器复位，驱动撤除，功率管关断，电路逐个地检测和调节电流脉冲，由此控制电源输出的电压。
收稿日期:2003211216作者简介:夏 田(1977-),男,河南科技大学硕士研究生。 文章编号:100923664(2004)0120007203变换与控制 峰值电流模式逆变焊机控制电路的设计 夏 田,朱锦洪 (河南科技大学材料科学与工程学院,河南洛阳471003) 摘要:论述了峰值电流模式的原理及优缺点,并针对UC 3846设计了斜坡补偿电路及焊机保护电 路,给出了基于全桥主电路的峰值电流模式控制CO 2气体保护焊机的恒压输出波形。关键词:峰值电流模式;UC 3846;斜坡补偿中图分类号:TN 86TN 712 文献标识码:A Design of the Welding Machine Inverter Circuit B ased on the Peak Current Mode Control XIA Tian ,ZHU Jing 2hong (Faculty of Materials Science &Engineering ,Henan University of Science and Technology ,Luoyang 471003,China ) Abstract :The article discussed the merit and defect of the peak current mode control ,the slope com 2pensation circuit and the protect circuit is designed for the welding machine.K ey w ords :peak current mode ;UC3846;slope compensation 逆变焊机的最主要组成部分是逆变弧焊电源,它的功能是把工频交流电整流,再通过功率晶体管的开关逆变成高频交流方波,然后通过变压器降压,整流二极管整流,通过焊枪和工件产生焊接电弧,包括恒压、恒流外特性。逆变弧焊电源一般采用脉宽调制(PWM )方式,通过调节直流电平来调节输出电压或电流。逆变电源PWM 控制方式有电压型和电流型两种。电压型是通过将输出电压反馈和给定电压反馈比较来控制PWM 脉冲变化,从而控制逆变开关和电源的输出。电流型PWM 控制是用一个电流传感器去检测变压器原边的电流,反馈到PWM 芯片,参与PWM 调节,形成电压电流双闭环控制系统。 1 电流型控制方式的优点 电流型控制方式的优点如下。 (1)逐个脉冲控制,动态响应快,调节性能好。因为检测的是原边电流,所以不会出现电压型控制 电路中由于滤波电感的存在而导致响应速度慢的问题。故电流型控制有输出精度高,稳定性好的优点。 (2)具有瞬态的保护能力,能迅速对电力电子器件进行保护。因为内环逐个脉冲控制,当变压器原边电流过流时,能迅速对电力电子器件进行保护。 (3)能防止高频变压器偏磁的发生。高频变压器发生偏磁时,励磁电流增加,容易烧毁变压器。电流型控制中采用检测原边电流的方法,能自动对称变压器的动态磁平衡。 (4)有利于并联均流。在多个电源模块并联时可提供自动均流功能。 2 控制电路的设计 2.1 UC3846电流控制芯片的工作原理 电流模式控制分为峰值电流模式控制和平均电 流模式控制。UC3846采用的是峰值电流模式控制法,即将实际的电感电流和电压外环设定的电流值分别接收到PWM 比较器的两端进行比较,如图1所示。 变压器一次侧电流采样信号被放大3倍后与电压误差放大信号比较,然后去控制脉宽调制信号的 7 2004年2月25日第21卷 第1期 通讯电源技术 Telecom Power Technologies Feb.25,2004 Vol.21 No.1
电流控制实际上一般是控制电感的电流.此时电感相当于一个内阻很大的电流源.由于要很快的跟踪直流电流,所以电流环速度很快.电压环控制的是输出电容上的电压,是外环.响应速度一般较慢. 在实际应用过程中,由于直接检测电感电流有时比较困难而且成本较高,所以检测开关管的峰值电流作为变通的方法.不过需要加入谐波补偿才能稳定. 电流模式DC-DC会有两个反馈回路控制输出电压稳定-- 内环即电流反馈回路,外环即电压反馈回路. 斜坡补偿是为了消除PWM占空比大于50%的条件下,电流环 出现的压谐波振荡现象,而在电流环反馈回路叠加一个正斜率 的补偿信号,或是在电压环反馈回路叠加一个负斜率的补偿信号.... 电流环的带宽一定要大于电压环的带宽. 1,他们的区别主要是采样电流比较的对象不同 2,电压控制模式采样电流是与振荡电路产生的固定三角波状电压斜坡比较 3,电流控制模式采样电流是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.(其实电流控制模式又分为峰值电流模式和平均电流模式) 关于电流型(峰值)控制,它的斜率补偿从某种程度上说,是引入了一些电压型控制特点.所以加了斜率补偿的电流型控制方法(峰值)实际上是一种混合体.加入斜率补偿注入的三角波完全遮蔽了采样电流,那么就是电压型控制了.如果在电压型控制芯片的三角波里边注入了电流信号,那就带有电流型控制的特点了,不过由于电压型控制的三角波还兼具CLK的共用,所以那样会改变频率…… 电压模式 误差电压同三角波比较,结果控制占空比. 电流模式 电流同误差电压比较,控制占空比.电流模式对振荡器斜率没有要求,振荡器主要是产生CLK 复位芯片内部的触发器用的. 电压模式的振荡器除了产生CLK外,还要产生波形质量很好的三角波供PWM单元使用. 所谓的电流型或者电压型问题实质上是讨论的 PWM 的调制策略.此时还没有反馈还存在,所以是讨论的开环特性.并且这种控制策略可以和不同的拓扑结合,比如电流型正激,电压型反激(尽管几乎见不到,但是理论上是存在的.)电流型半桥(峰值电流是不适合半桥拓扑的,所以这里用的是平均电流型拓扑).