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與基準(zhǔn)信號的差值進(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穩(wěn)定?

    PWM的開關(guān)頻率一般為恒定值,控制取樣信號有輸出電壓?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,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)動信號?

    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?輸出電壓U?在作為控制取樣信號時,通常經(jīng)過圖2-17所示的電路進(jìn)行處理,得到電壓信號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轉(zhuǎn)變?yōu)槭怯幸欢ǚ档谋容^“干凈”的直流反饋控制信號(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)計原則仍是“低頻增益要高,高頻增益要低”

   ③對整個閉環(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?電流等信號在作為取樣控制信號時,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)時的脈沖寬度,如圖2-18(a)中所示波形?逐個脈沖的限流保護(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,因?yàn)橹麟娐酚休^大的輸出電容C及電感L相移延時作用,輸出電壓的變小也延時滯后,輸出電壓變小的信息還要經(jīng)過電壓誤差放大器的補(bǔ)償電路延時滯后,才能傳至PWM比較器將脈寬展寬?這兩個延時滯后作用是暫態(tài)響應(yīng)慢的主要原因?