電源切換供應(yīng)轉(zhuǎn)換器之迴路控制方式主要可以分為定頻(Fixed Frequency)控制與變頻(Variant Frequency)控制，其中定頻控制又被稱為Pulse Width Modulation (PWM)而變頻控制也被稱為Pulse Frequency Modulation (PFM)。其中PWM控制主要可以分為電壓模式(Voltage Mode)控制與電流模式(Current Mode)控制。本帖先以電壓模式控制來進行分享與討論。

 

至於電源切換供應(yīng)轉(zhuǎn)換器之架構(gòu)主要可以分為降壓轉(zhuǎn)換器(Buck Converter)與升壓轉(zhuǎn)換器(Boost Converter)和升降壓轉(zhuǎn)換器(Buck-Boost Converter)，其中降壓轉(zhuǎn)換器比較常使用，因為它可以直接將12V的輸入電壓直接轉(zhuǎn)換至5V, 3.3V, 1.8V,1.2V等；而升壓轉(zhuǎn)換器通常應(yīng)用需要較高的電壓應(yīng)用，如LED等可以透過串聯(lián)與並聯(lián)結(jié)合之應(yīng)用，或是因為升壓轉(zhuǎn)換器之電感電流連續(xù)的特性而常使用於功率因數(shù)孝校正器(Power Factor Corrector)；至於升降壓轉(zhuǎn)換器則是較常應(yīng)用於以電池相關(guān)方面的應(yīng)用。

 

所以為了能夠以最具體與最常見的電路架構(gòu)與控制方式來與大家分享與討論，而選擇先探討電壓模式控制應(yīng)用於降壓轉(zhuǎn)換器。

 

 圖一 電壓模式控制應(yīng)用於降壓轉(zhuǎn)換器

 

 

圖一為電壓模式控制應(yīng)用於降壓轉(zhuǎn)換器之電路架構(gòu)圖，主要可以分成降壓轉(zhuǎn)換器架構(gòu)、回饋分壓電阻之增益、補償器、調(diào)變增益等幾項。電壓模式控制為早期開關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計所使用之方法，控制方法滿足業(yè)界之需求。這種設(shè)計的主要特性是只存在一條電壓迴授網(wǎng)路，而脈寬調(diào)變則是透過將電壓誤差信號與一個恒定三角波形進行比較後實現(xiàn)。電壓模式優(yōu)點為：1.採用單迴授電路，因而較易設(shè)計及分析。2.高幅度三角波形提供用於實現(xiàn)穩(wěn)定調(diào)變過程的充分雜訊裕量。3.低阻抗功率輸出提供多輸出電源更加優(yōu)良調(diào)變性能。對於一個設(shè)計者來說，通常會先看此電路的開迴路之頻域波德圖，然後再看其補償器需要進行設(shè)計的方向。然後針對其閉迴路的頻域波德圖是否符合自己所設(shè)計之結(jié)果。

 

至於開迴路控制系統(tǒng)可以定義為當(dāng)輸出的動作對於輸入的訊號無任何影響作為。圖二為開迴路系統(tǒng)方塊圖，當(dāng)一穩(wěn)定電源輸入該系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)變器與輸出濾波器產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出訊號。因此當(dāng)使用此種系統(tǒng)時，必須事先校正與定期調(diào)整以確保系統(tǒng)正常運作。其結(jié)構(gòu)較為簡單，精密度不高是一大缺點，此種系統(tǒng)多用在較單純、不需太重視輸出的場合中。

 

圖二 開迴路系統(tǒng)方塊圖

  

反之，當(dāng)輸出動作對輸入訊號有直接影響時，則稱之為閉迴路控制系統(tǒng)，在閉迴路控制系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)輸出端振盪經(jīng)補償網(wǎng)路作取樣調(diào)查，依實際的情況做必要性的調(diào)整。由輸出至補償網(wǎng)路的訊號為順向路徑，由感補償網(wǎng)路的訊號為回饋訊號。如圖三所示，在比較器內(nèi)設(shè)定點減掉回饋訊號，將理想輸出量減掉實際輸出量可得一系統(tǒng)誤差，補償網(wǎng)路即是要將此誤差值降至最小，零誤差表示輸出與理想輸出相同。在許多應(yīng)用場合下，閉迴路的自我修正特性的表現(xiàn)比開迴路佳，但是需要額外的電路，表現(xiàn)佳是因為當(dāng)系統(tǒng)元件本身重覆性不佳或特性不十分清楚時，閉迴路可以提供較可靠，重覆的運轉(zhuǎn)特性。此種系統(tǒng)佔控制系統(tǒng)中的大部分，因能夠藉由回授訊號的修正，使輸出達到要求之目標(biāo)。此外閉迴路控制系統(tǒng)還可以減小外界干擾對系統(tǒng)輸出的影響，控制原本不穩(wěn)定的系統(tǒng)，並改善其響應(yīng)效能。

 

圖三 閉迴路系統(tǒng)方塊圖

 

針對降壓轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)書本上都有相關(guān)式子可以計算，本帖就不再多說，以免整理放了太多式子而降低大家對於這一帖的注意與興趣。

至於補償器的設(shè)計因為其非常關(guān)鍵，所以請容我稍後為大家補上再針對補償器設(shè)計進行切磋與討論，謝謝。

最後，感謝大家耐心看完此帖，如果有任何問題都可以切磋唷，謝謝。