开关电源：电压控制型 /电流控制型详解

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。开关电源有两种控制类型，一种是电压控制型 (Voltage Mode Comml)；另一种是电流控制型（Currem Mode Control)。二者有各自的优缺点，很难讲某种控制类型对所有应用都是最优化的，应根据实际情况加以选择。下面我们就来看看开关电源控制类型有哪些。
　　1.电压控制型
　　电压控制是开关电源最常用的一种控制类型。以降压式开关稳压器（即Buck变换器）为例，电压控制型的基本原理及工作波形分别如图1 (a)、（b)所示。其特点是首先通过对输出电压进行取样（必要时还可增加取样电阻分压器），所得到的取样中压UQ就作为控制环路的输入信号。然后对取样电压和基准电压UREF进行比较，并将比较结果放大成误差电压Ur，再将Ur送至PWM比较器与锯齿波电压Uj进行比较，获得脉冲宽度与误差电压成正比的调制信号。图1 (a)中的振荡器有两路输出，一路输出为时钟信号（方波或矩形波），另一路为锯齿波信号， CT为振荡电容。T为高频变压器，VT为功率开关管。降压式输出电路由整流二极管VD1、续流二极管VD2、储能电感L和滤波电容Co组成。PWM锁存器的R为复位端，S为置位端。

图1  电压控制性的基本原理及工作波形

　　电压控制型具有以下优点：
　　(1)它属于闭环控制系统，且只有一个电压反馈回路（即电压控制环），电路设计比较简单。
　　(2)在调制过程中工作稳定。
　　(3)输出阻抗低，可采用多路电源给同一个负载供电。
　　电压控制型的主要缺点如下：
　　(1)响应速度较慢。虽然在电压控制型电路中使用了电流检测电阻Rs，但Rs并未接入控制环路。因此，当输入电压发生变化时，必须等输出电压发生变化之后，才能对脉冲宽度进行调节。由于滤波电路存在滞后时间，输出电压的变化要经过多个周期后才能表现出来。所以电压控制型的响应时间较长，使输出电压稳定性也受到影响。
　　(2)需另外设计过电流保护电路。
　　(3)控制回路的频率补偿较复杂，闭环增益随输入电压而变化。
　　2.电流控制型
　　电流控制型是在电压控制环的基础上又增加了电流控制环，其基本原理及工作波形分别如图2 (a)、（b)所示。Us为电流检测电阻的压降，此时PWM比较器变为电流检测比较器。电流控制型需通过检测电阻来检测电流，并且可逐个周期的限制电流，便于实现过电流保护。固定频率的时钟脉冲将RS锁存器置位，从Q端输出的驱动信号为髙电平，使功率开关管VT导通，髙频变压器一次侧的电流线性地增大。当电流检测电阻Rs上的压降达到并超过Ur时，电流检测比较器翻转，输出的高电平将锁存器复位，从Q端输出的驱动信号变为低电平，令幵关管关断，直到下一个时钟脉冲使RS锁存器置位。

图2   电流控制型的基本原理及工作波形

　　电流控制型具有以下优点：
　　(1)它属于双闭环控制系统，外环由电压反馈电路构成，内环由电流反馈电路组成，并且电流反馈电路受电压反馈电路的控制。与电压反馈电路相比，电流反馈电路的增益带宽（Gain Bandwidth)更大。
　　(2)对输入电压瞬态变化的响应速度快，当输入电压发生变化时能迅速调整输出 电压达到稳定值。这是因为输入电压的变化会导致一次侧电感电流发生变化，进而使Us改变，无须经过误差放大器，直接通过电流检测比较器就能改变输出脉冲的占空比。
　　(3)在电压控制环和电流控制环的共同控制下，可提高电压调整率指标。
　　(4)能简化误差放大器补偿网络的设计。
　　(5)只要电流脉冲达到设定的阈值， PWM比较器就动作，使功率开关管关断，维持输出电压稳定。
　　(6)本身带限电流保护电路，只需改变Rs值，即可精确设定极限电流值。
　　电流控制型的主要缺点如下：
　　(1)由于存在两个控制环路，给电路设计及分析带来困难。
　　(2)当占空比超过50%时可能造成控制环路工作不稳定，需增加斜率补偿电路。
　　(3)对噪声的抑制能力较差，因一次侧电感工作在连续储能模式，开关电流信号的上升斜率较小，只要在电流信号上叠加较小的噪声，就容易导致PWM控制器误动作，需增加噪声抑制电路。