以电流作为采样控制信号的PWM称为电流模式控制 PWM。下面分别介绍峰值电流模式控制PWM和平均电流模式控制 PWM。
1.峰值电流模式控制PWM
峰值电流模式控制PWM(Peak Current-mode Control PWM)是一种固定时钟开启、峰值电流关断的控制方法。其典型电路如图1所示。从图中可知,振荡电路产生一个固定频率的时钟信号ucr,ucr驱动斜坡补偿电路产生斜坡补偿信号uc。采样自电感电流的信号为ub,ub与uc在合成器中合成为输出u∑,u∑是一个变化的、其峰值与电感峰值电流有关的三角波或梯形尖角波。u∑与采样自输出电压的误差信号ue在比较放大器中比较放大,其输出作为触发器的触发信号,再经驱动电路产生PWM脉冲,控制开关管的导通和关断。所以,峰值电流模式控制不是用电压误差信号直接控制PWM的脉宽,而是用峰值电感电流间接控制 PWM的脉宽。
1.峰值电流模式控制PWM
峰值电流模式控制PWM(Peak Current-mode Control PWM)是一种固定时钟开启、峰值电流关断的控制方法。其典型电路如图1所示。从图中可知,振荡电路产生一个固定频率的时钟信号ucr,ucr驱动斜坡补偿电路产生斜坡补偿信号uc。采样自电感电流的信号为ub,ub与uc在合成器中合成为输出u∑,u∑是一个变化的、其峰值与电感峰值电流有关的三角波或梯形尖角波。u∑与采样自输出电压的误差信号ue在比较放大器中比较放大,其输出作为触发器的触发信号,再经驱动电路产生PWM脉冲,控制开关管的导通和关断。所以,峰值电流模式控制不是用电压误差信号直接控制PWM的脉宽,而是用峰值电感电流间接控制 PWM的脉宽。
图1 峰值电流模式控制 PWM 电路图
峰值电流模式控制PWM的优点如下:
(1)动态闭环响应较快,对负载变化的动态响应较快;
(2)电路较简单,易于设计和调试;
(3)虽然电路中没有电压模式中所采用的具有输入电压前馈功能的双环控制系统,但峰值电流模式控制对输入电压的变化仍有较快的动态响应。
虽然峰值电感电流容易采样,而且逻辑上与平均电感电流大小的变化相一致。但是在不同占空比的情况下,同一峰值电感电流值却对应不同的平均 电感电流值,即峰值电感电流与平均电感电流之间不存在唯一的对应性。而在电流模式控制中,平均电感电流的变化是决定输出电压变化的唯一因素,所以在占空比较大的情况下,由于开环控制的不稳定性,难以精确校正峰值电感电流与平均电感电流之间的对应关系。一般情况下,占空比的取值要小于50%。但是,即使占空比小于50%,也极易产生次谐波振荡。为了克服这种不稳定性,必须采用斜坡补偿。另外,抗干扰性差和多路输出时的交互调节性能差,也使得峰值电流模式控制PWM的应用受到一定的限制。为克服这些缺点,20世纪90 年代相继研发出平均电流模式控制PWM集成电路,大有取代峰值电流模式控制PWM 之势。
2.平均电流模式控制PWM
平均电流模式控制PWM(Average Current-mode Control PWM)的电路如图2所示。图中,误差电压ue输送到电流误差放大器(c/a)的同相输入端,而反映输出电感电流信号的ub输送到c/a的反相输入端,ub与ue的差值经c/a放大后,得到能跟踪平均电感电流的误差信号ube。振荡电路产生的三角波ubc与ube通过比较放大器(Comp)比较放大后,再经触发器和驱动电路产生控制开关管导通和关断的脉冲信号ug,该脉冲信号的脉冲宽度决定了开关管的通断时间。
图2 平均电流模式控制 PWM 电路图
平均电流模式控制PWM的优点如下:
(1)将图2与图1相比较,可以看出平均电流模式控制PWM比峰值电流模式控制 PWM要少用一个斜坡补偿电路。ube的波形与ub的波形反相,所以是由ube的下斜坡(对应于开关管的导通时期)与振荡电路产生的三角波ubc的上斜坡进行比较,产生开关管的关断信号,其作用就是斜坡补偿。
(2)平均电流模式控制PWM 电路在调试过程中,要求ube的上斜坡不能超过三角波信号ube的上斜坡。这样,电路具有良好的抗干扰性能;
(3))平均电流模式控制PWM 电路应用范围较广,它几乎适用于任何形式的开关电路,对输人或输出电流的变化进行控制。
但是,平均电流模式控制PWM 电路的调试要比峰值电流模式控制 PWM 电路复杂,要求对电流放大器和比较放大器的增益和带宽等参数的设计仔细协调,确保输入或输出电压产生较大的变化时,不会引起次谐波振荡。