電源適配器PWM反饋控制模式

     PWM開關(guān)穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源適配器的基本工作原理就是在輸入電壓?內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下,控制電路通過被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋,調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度,使得電源適配器的輸出電壓或電流等被控制信號(hào)穩(wěn)定?

    PWM的開關(guān)頻率一般為恒定值,控制取樣信號(hào)有輸出電壓?輸入電壓?輸出電流?輸出電感電壓及開關(guān)器件峰值電流?由這些信號(hào)可以構(gòu)成單環(huán)?雙環(huán)或多環(huán)反饋系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓?穩(wěn)流及恒定功率的目的?同時(shí),可以實(shí)現(xiàn)一些附帶的過流保護(hù)?抗偏磁及均流等功能?

   PWM反饋控制模式主要有五種下面以 VDMOS開關(guān)器件構(gòu)成的穩(wěn)壓正激型降壓斬波器為例,說明這五種PWM反饋控制模式的發(fā)展過程?基本工作原理?詳細(xì)電路原理示意圖?波形?特點(diǎn)及應(yīng)用要點(diǎn),以利于選擇應(yīng)用及仿真建模研究?般來講,正激型電源適配器主電路可用圖2-16所示的降壓斬波器簡化表示,U表示控制電路的PWM輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)?

    根據(jù)選用不同的PWM反饋控制模式,電路中的輸入電壓U輸出電壓Uo?開關(guān)器件電流(由b點(diǎn)引出)?電感電流(由c點(diǎn)引出或d點(diǎn)引出)均可作為取樣控制信號(hào)?輸出電壓U?在作為控制取樣信號(hào)時(shí),通常經(jīng)過圖2-17所示的電路進(jìn)行處理,得到電壓信號(hào)U,U再經(jīng)處理或直接送入PWM控制器?圖2-17中電壓運(yùn)算放大器(e/a)的作用有三。

圖2-16正激型電源適配器主電路

   ①將輸出電壓與給定電壓Um的差值進(jìn)行放大及反饋,保證穩(wěn)態(tài)時(shí)的穩(wěn)壓精度?該運(yùn)放的直流放大增益理論上為無窮大,實(shí)際上為運(yùn)放的開環(huán)放大增益

   ②將電源適配器主電路輸出端的附帶有較寬頻帶開關(guān)噪聲成分的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槭怯幸欢ǚ档谋容^“干凈”的直流反饋控制信號(hào)(U?),即保留直流低頻成分,衰減交流高頻成分?因?yàn)殚_關(guān)噪聲的頻率較高,幅值較大,高頻開關(guān)噪聲衰減不夠的話,穩(wěn)態(tài)反饋不穩(wěn);高頻開關(guān)噪聲衰減過大的話,動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢?雖然互相矛盾,但是對電壓誤差運(yùn)算放大器的基本設(shè)計(jì)原則仍是“低頻增益要高,高頻增益要低”

   ③對整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行校正,使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定工作?

   輸入電壓?電流等信號(hào)在作為取樣控制信號(hào)時(shí),大多也需經(jīng)過處理?由于不同控制模式的處理方法不同,因此下面針對不同控制模式分別闡述其技術(shù)特性?1.電壓模式控制PWM圖2-18(a)為Buck降壓斬波器的電壓模式控制PWM( voltage-mode Control PWM)反饋系統(tǒng)原理圖?電壓模式控制PWM是20世紀(jì)60年代后期開關(guān)穩(wěn)壓電源剛剛開始發(fā)展時(shí)所采用的第一種控制方法?

   該方法與一些必要的過電流保護(hù)電路相結(jié)合,至今仍然在工業(yè)界廣泛應(yīng)用?電壓模式控制只有一個(gè)電壓反饋閉環(huán),采用脈沖寬度調(diào)制法,即將電壓誤差放大器采樣放大的慢變化的直流信號(hào)與恒定頻率的三角波上斜坡相比較,通過脈沖寬度調(diào)制原理,得到當(dāng)時(shí)的脈沖寬度,如圖2-18(a)中所示波形?逐個(gè)脈沖的限流保護(hù)電路必須另外附加?

   當(dāng)輸入電壓突然變小或負(fù)載阻抗突然變小時(shí),因?yàn)橹麟娐酚休^大的輸出電容C及電感L相移延時(shí)作用,輸出電壓的變小也延時(shí)滯后,輸出電壓變小的信息還要經(jīng)過電壓誤差放大器的補(bǔ)償電路延時(shí)滯后,才能傳至PWM比較器將脈寬展寬?這兩個(gè)延時(shí)滯后作用是暫態(tài)響應(yīng)慢的主要原因?