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[交流讨论] 电压模式向电流模式转变

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发表于 2017-9-24 20:56:36 | 显示全部楼层 |阅读模式

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通常在讨论这两种工作模式的时候,所指的是理想的电压模式和电流模式。然而,在实际的应用中,电压模式的开关电源系统,即系统反馈环中没有引入电流取样信号,但也会采用其它的方式引入一定程度的电流反馈,电压模式向电流模式转变,从而提高系统动态响。

1 电压模式输出电容ESR取样形成平均电流模式

理想的电压模式在一定的反馈网络参数下,很难在整个电压输入范围和输出负载变化范围内都能稳定的工作。输出负载变化可以通过加大输出电容同时使用ESR值大的电容来优化其动特性,尽管这样做导致系统的成本和体积增加,同时增大输出的电压纹波。


通常,从直观上理解,输出电容ESR和输出电容形成一个零点,对于电流模式,这个零点不是必需的,因为电流模式是单阶的系统,而且这个零点导致高频的增益增加,系统容易受到高频噪声的干扰。所以电流模式或者使用ESR极低的陶瓷电容,使ESR零点提升到更高的频率,就不会对反馈系统产生作用,或者再加入一个极点以抵消零点在高频段的作用,加入极点的方法就是在ITH(Vc)管脚并一个对地的电容。









图1:输出电容ESR


电压模式是LC形成的二阶系统,这个零点的引入可以一定的程度上抵消LC双极点的一个极点,使其向单阶系统转化。ESR越大,作用越明显。因此电压模式输出电压通常使用ESR大的电容。


另一方面,注意到,输出电压为:

Vo=Vco+ESR*DIL

DIL=a*Io

Vco为输出电容的容抗上的电压,DIL为电感的纹波电流,a为电流纹波系数,一般取0.2-0.4。


输出电压的小信号值为:

DVo=VDco+D(ESR*a*Io)


若ESR小,式中后面的一项基本可以忽略;但是,由于电压模式通常使用ESR值较大的输出电容,这样ESR就不可以忽略,由于ESR的作用,相当于在输入电压的反馈信号中引入了一定程度的电流模式,电流模式反馈量为:D(ESR*a*Io)。


输出电容的ESR将采样的电流信号送到电压误差放大器的输入端,和输出电压信号加在一起,经过电压误差放大器放大,再送到PWM比较器,其工作的原理相当于平均电流反馈。在电压模式中,使用ESR大的输出电容,相当于引入一定程度的平均电流模式,从而增加系统对输出负载变化的动态响应,提高系统的稳定性。



2 电压模式中输入电压前馈引入电流模式

对于输入电压的变化,目前通常采用输入电压前馈技术,来提高系统对输入电压变化的响应。电压模式中,内部时钟信号产生锯齿波的斜率固定为k,图2中的虚线所示。在没有电压前馈时,产生的占空比为D*Ts,则有以下公式:

Vc=k*D*Ts


输入电压前馈就是在内部锯齿波上加入随输入电压变化的斜坡,或者从Vc信号减去此斜坡。若采用输入电压前馈加在内部锯齿波上的方式,若外加的前馈电压斜坡的斜率为ks,内部锯齿波和外加斜坡之和为:k+ks。


前馈前压的斜率随输入电压增加而增大,ks正比于Vin,即:ks正比于kVin*Vin,所以此时的占空比为:

D1=Vc/(k+ks)*Ts=Vc/(k+kVin*Vin)*Ts

占空比随输入电压的增加立刻而减少,图2中的实线所示,系统提前对输入电压变化做出相应的响应。

3



图2:电压模式加入输入电压前前馈

若不考虑效率,由功率平衡可以得到:Vin*Iin=Vo*Io,所以有:

ks=kVin*Vo*Io/Iin

从上式可以看到,所加的输入电压前馈信号也就是输入的电流信号。事实上可以这样理解:输入电压前馈技术也就是在理想的电压模式中,叠加一定的电流反馈,以形成一定的电流反馈,从而增加系统对输入电压变化的响应。

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 楼主| 发表于 2017-9-25 18:35:16 | 显示全部楼层
一入贴吧深似水,从此节操是路人
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发表于 2017-9-25 19:05:24 | 显示全部楼层
高端大气上档次,低调奢华有内涵
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发表于 2017-9-25 20:00:37 | 显示全部楼层
如果贴子火了,那我有占了前排,这简直是稳赚不赔的生意嘛
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发表于 2017-9-25 21:52:29 | 显示全部楼层
楼主你知道的太多了。
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