开关电源电压型与电流型控制方式解析

开关电源电压型与电流型控制方式比较

河北科技大学电气工程学院张刚

开关电源主要有两部分组成：控制器和功率级。功率级采用各种电力电子器件、电阻、电感、电容和变压器等实现期望电压输出。控制器实现期望输入电压的控制，是电源系统精度和稳定性的核心。其实质是控制PWM 的占空比实现期望输出，由于具体实现占空比调节的时反馈信号的取样方式不同，PWM 控制有电压型控制方式和电流型控制方式。网上总有网友对开关电源电压型控制与电流型控制的提问，回答的方式也各式各样，本人发表一下对该概念的理解，希望对同行有所裨益。一、电压型控制方式

电压型控制方式出现较早，该控制方式以电源的输出电压为反馈信号，该反馈信号与给

定值的偏差经比较器放大后与锯齿波比较产生控制脉冲。电压型控制方式的原理图如图1所示：

V V r

图1 电压型PWM 控制原理图

电压型控制将输出电压与V R 参考电压V ref 的偏差信号e 经PI 型误差放大器与振荡器产生

的锯齿波进行比较，产生PWM 控制脉冲，其控制系统框图如图2所示：

图2 电压型PWM 控制系统框图

PWM 的输出占空比正比于控制电压，也就决定了输出电压其输出波形如图3所示。

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CLO

V e

V T

图3 电压型PWM 控制输出PWM 波形

电压型控制方式的优点是：

1) 单闭环控制简化了系统的分析与设计； 2) 高增益斜坡输入提高了系统的噪声抑制； 3) 低阻抗输出提高了系统的互联能力；电压型控制的缺点：

1) 负载输出电压变化后才进行调节，滞后性较大； 2) 输出加入滤波器，增加了系统的复杂性。二、电流型控制方式

电流型控制方式提出于80年代早期，在电压型控制的基础上，对电感电流增加一个内环，形成电压反馈信号组成外环，电压外环的输出偏差作为电流内环的给定，与电流反馈信号比较产生控制脉冲，控制系统结构框图如图4所示：

图4 电流型PWM 控制系统框图

电流型控制方式的实现原理图如图5所示：

V V r 图5 电流型PWM 控制原理图

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电流型控制有两个闭环通道，电压与V R 参考电压V ref 的偏差信号e 经PI 型误差放大器得

以电压V e ，该电压与开关管漏极输出电流进行比较，产生PWM 控制脉冲，其输出波形如图6所示。

C L O C K

V e

V s

图6 电流型PWM 控制输出PWM 波形

电流型控制的优点：

1) 电流型控制提高了系统的响应速度； 2) 电流型控制减小了电压的波动； 3) 电流型控制具有更高的增益带宽； 4) 电流型控制实现的逐脉冲限制。电流型控制的缺点： 1) 双环系统结构分析复杂； 2) 占空比超过50%时容易不稳定。三、控制方式的选择

1、电压输入范围宽，负载波动大时选电压型控制； 2、轻载、噪声严重时选电压型控制； 3、大电流、高电压时选电流型控制； 4、动态响应要求快时选电流型控制。

电压型控制的典型芯片如：TL494，TOP 系统；电流型控制的典型芯片如：UC3842。

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