電流型變換器工作原理和斜坡補(bǔ)償

　1引言

由于電流型控制較電壓型控制方法有許多優(yōu)點(diǎn)，所以得到了廣泛使用，這已是不爭(zhēng)的事實(shí)。但在恒頻峰值電流檢測(cè)控制方法中還存在如下問(wèn)題：

——占空比大于50％時(shí)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性；

——由于峰值電流而非平均電感電流的原因而產(chǎn)生的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性；

——次諧波振蕩；

——抗干擾能力差，特別當(dāng)電感中的紋波電流成分很小時(shí)，這種情況更為嚴(yán)重。

采用圖1所示的在電流波形上加斜坡補(bǔ)償?shù)姆椒?，可使電流型控制法在占空比大?0％的情況下，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。實(shí)際上，只要電流型變換器采用了斜坡補(bǔ)償，它的性能能得到很大的改善。

2峰值電流型控制存在的問(wèn)題

下面主要討論峰值電流型控制存在的問(wèn)題及利用斜坡補(bǔ)償克服所存在問(wèn)題的方法，并給出斜坡補(bǔ)償?shù)膶?shí)施方案。

2.1開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性

在不考慮外環(huán)電壓環(huán)的情況下，當(dāng)恒頻電流型變換器的占空比大于50％時(shí)，就存在內(nèi)環(huán)電流環(huán)工作不穩(wěn)定的問(wèn)題。然而有些變換器（如雙管正激變換器）它本身工作的脈沖占空比就不能大于50％，因此不存在問(wèn)題。而有些變換器的脈沖占空比不大于50％時(shí)，它的輸入將會(huì)受到許多限制，如果在內(nèi)環(huán)加一個(gè)斜坡補(bǔ)償信號(hào)，則變換器可以在任何脈沖占空比情況下正常工作。下面介紹斜坡補(bǔ)償工作原理。

圖2表示了由誤差電壓Ve控制的電流型變換器的波形，通過(guò)一個(gè)攏動(dòng)電流△I加至電感電流IL，當(dāng)占空比<0.5時(shí)，從圖2(a)所示可以看出這個(gè)攏動(dòng)ΔI將隨時(shí)間的變化而減??；但當(dāng)占空比>0.5時(shí)，這個(gè)攏動(dòng)將隨時(shí)間增加而增加，如圖2（b）所示。這可用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示：

ΔI1=－ΔI0(m2/m1)(1)

進(jìn)一步可引入斜率為－m的斜坡信號(hào)，如圖2（c）所示。這個(gè)斜坡電壓既可加至電流波形上，也可以從誤差電壓中減去。有下列方程式成立：

ΔI1=－ΔI0（m2＋m)/(m1＋m）（2）

圖1采用斜坡補(bǔ)償?shù)腂UCK電流型控制

圖2電流型變換器的開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性

(a)D<0.5(b)D>0.5(c)D>0.5并加斜坡補(bǔ)償

圖3沒(méi)有斜坡補(bǔ)償?shù)姆逯惦娏鳈z測(cè)與占空比關(guān)系圖

圖4斜坡補(bǔ)償m=－(1/2)m2時(shí)的平均電感電流將和占空

比D、輸入電壓無(wú)關(guān)

在100％占空比下求解這個(gè)方程有：

m>(－1/2)/m2（3）

為了保證電流環(huán)路穩(wěn)定工作，應(yīng)使斜坡補(bǔ)償信號(hào)的斜率大于電流波形下降斜率m2的1/2。對(duì)圖1所示的Buck型變換器，m2等于(VO/L)RS。所以補(bǔ)償波形的幅度A應(yīng)按下式計(jì)算：

A>TRS(VO/L)（4）

從而保證變換器的占空比大于50％時(shí)變換器能穩(wěn)定工作。

2.2次諧波振蕩

對(duì)電流型控制而言,內(nèi)環(huán)電流環(huán)峰值增益是個(gè)很重要的問(wèn)題，這個(gè)峰值增益在開(kāi)環(huán)頻率一半的地方，由于調(diào)制器的相移可能在電壓反饋環(huán)開(kāi)關(guān)頻率一半的地方產(chǎn)生振蕩,這種不穩(wěn)定性叫做次諧波振蕩。

3峰值電流檢測(cè)與平均電流檢測(cè)

在電流型變換器中由平均電感電流產(chǎn)生一個(gè)誤差電壓,這個(gè)平均電感電流可用一個(gè)電流源來(lái)代替,并可以降低系統(tǒng)的一個(gè)階次。然而如圖3所示,峰值電流檢測(cè)方法常使電感的平均電流隨占空比而變，致使輸入一輸出(正向特性)不理想。如選用圖4所示m=－(1/2)m2的斜坡補(bǔ)償率，可以把峰值電流檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄娏鳈z測(cè)，而得到很好的電流型控制效果。但需注意m=－(1/2)m2，占空比接近1時(shí)的次諧波振蕩現(xiàn)象。

4小紋波電流

從性能的角度總希望紋波電流要小，首先它可以使輸出濾波電容的容量減小，并在輕載時(shí)的電流連續(xù)工作模式下輸出紋波小。雖然對(duì)電流檢測(cè)電路的小斜坡補(bǔ)償量，在許多情況下可以得到小的紋波電流，但將由于隨機(jī)和同步噪聲信號(hào)的引入而致使脈沖寬度擺動(dòng)。并且斜坡補(bǔ)償加到電流波形上將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)更穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)點(diǎn)，為達(dá)到這個(gè)目的，相對(duì)于電感電流這個(gè)補(bǔ)償量m應(yīng)大于m2，并且這對(duì)次諧波穩(wěn)定是有必要的。但任何斜坡補(bǔ)償大于m=－(1/2)m2將使變換器的特性偏離理想電流型變換器而更像一個(gè)電壓型變換器。

5UC1846的斜坡補(bǔ)償

UC1846是一種采用斜坡補(bǔ)償?shù)碾娏餍图?a target="_blank">控制芯片，它具有恒頻PWM電流型控制所需的控制電路和相關(guān)電路。圖5（a）和圖5（b）表示采用UC1846實(shí)施斜坡補(bǔ)償?shù)膬煞N電路原理圖。在第4腳的電流檢測(cè)信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)直接相加很容易實(shí)現(xiàn)，但這又在電流檢測(cè)電路中引入了誤差。另一種方法就是把這個(gè)斜坡補(bǔ)償加至誤差放大器的反相輸入端,采用這種方法的前提條件是:

圖5UC1846采用不同斜坡補(bǔ)償方法的電路原理圖

（a）斜坡補(bǔ)償信號(hào)和電流檢測(cè)信號(hào)相加

（b）斜坡補(bǔ)償信號(hào)直接和誤差信號(hào)相加

——開(kāi)關(guān)頻率固定(這種情況下R1/R2固定)，并且誤差放大器增益固定；

——計(jì)算所需斜坡補(bǔ)償量時(shí)要把電壓誤差放大器,電流誤差放大器的增益都考慮進(jìn)去。在任何一種情況下,一旦R2的值確定后,負(fù)載對(duì)CT的影響也可以確定。

6結(jié)論

本文主要討論了電流型變換器的斜坡補(bǔ)償原理及實(shí)現(xiàn)方法、電路。由于雙環(huán)電流型變換器性能好，輸出性能可以和線性穩(wěn)壓器相比，并可用于系統(tǒng)并聯(lián)均流，所以得到了廣泛應(yīng)用。本文對(duì)如何正確實(shí)現(xiàn)斜坡補(bǔ)償有一定實(shí)際意義。