上一篇講述了電壓控制模式下的補償電路,這一篇開始總結(jié)一下電流控制模式下環(huán)路補償?shù)膬?nèi)容。由于電流模式控制中,脈寬調(diào)制斜坡來自電感電流,這實際上表明電感的“出局”,功率級傳遞函數(shù)不再具有雙重極點(電感的極點被拆分到高頻)。所以,補償可能會更簡單,環(huán)路相應(yīng)也更快!~
圖1. 電流模式示意圖
如下圖1所示為電流控制模式的功率級+反饋環(huán)路模型,相比于電壓控制模式它的脈寬調(diào)制斜坡不再是固定頻率和幅度的鋸齒波,而是電感電流(過開關(guān)管電流)信號的采樣,另外,為了避免占空比大于50%情況下的次諧波震蕩,需要加入斜坡補償疊加在電流采樣信號上。但其功率級傳遞函數(shù)仍然是PWM調(diào)制器(MODULATOR)和LC濾波器的傳遞函數(shù)之積,只不過這里的電感被等效成一個恒流源,不參與閉環(huán)調(diào)整,整個系統(tǒng)被看近似作一階系統(tǒng)(如圖2)。
圖2. 閉環(huán)控制電路等效圖
從上圖還可以看到:與電壓控制模式類似,反饋部分包括分壓器、誤差放大器和補償網(wǎng)絡(luò)。分壓器就是分壓電阻,只帶來幅度的增益,誤差放大器又可以分為普通電壓型和跨導(dǎo)放大型,其補償網(wǎng)絡(luò)可給系統(tǒng)帶來增益和相位上的改善。需要注意,對于電壓型放大器,傳遞函數(shù)與下電阻無關(guān),下電阻只起到偏置作用。而對跨導(dǎo)放大器,兩個分壓電阻均參與環(huán)路補償。若使用跨導(dǎo)放大器,只有反饋電阻之比是最重要的,只要上下電阻比值不變,就能獲得相同的輸出電壓且環(huán)路幅相特性保持不變!但對于普通放大器,最好保持上電阻不變,修改下電阻阻值來改變輸出電壓,這樣能夠保證交流幅相特性不變(目前電流控制模式一般配合跨導(dǎo)放大器比較多)。
上面介紹了電流型控制模式下的功率級和反饋環(huán)路的基本組成,下面定量的列出它們的傳遞函數(shù):
- (1) 被控對象(功率級)傳遞函數(shù)
圖3. 被控對象(功率級)傳遞函數(shù)
圖4. 功率級波特圖
圖3和圖4就是電流型控制模式下功率級(也叫被控對象)的傳遞函數(shù)及其波特圖??梢钥吹剿念l率增益曲線中,有一個RC形成的單極點,一個ESR形成的零點,后面還跟了一個電感形成的高頻極點。其實電流型控制下,如果ESR足夠小,那么不設(shè)計補償電路也是可以的,但這個因素不可控(容易出現(xiàn)增益裕度不滿足要求的情況)。所以還是需要設(shè)計補償電路保證穿越頻率處足夠的相位裕度和增益裕度。下面是針對電流型控制模式的幾種補償方法。
- (2) 反饋環(huán)路傳遞函數(shù)
圖5.Type2普通運放補償傳遞函數(shù)
在大部分電流控制模式中會選擇type2作為補償方式,圖5所示是普通運放構(gòu)成的TYPE2型補償網(wǎng)絡(luò)及其傳遞函數(shù)??吹降皖l段存在零極點,它使得反饋網(wǎng)絡(luò)相位滯后90度,而R2和C2形成的零點又使相位有90度超前,因此,零點之后二者抵消,相位為0。在高頻處,R2和C1(C2一般遠小于C1因此忽略不計)共同構(gòu)成一個極點,導(dǎo)致相位的滯后,所以該極點過后反饋信號幅度開始衰減,相位也逐漸滯后,最終穩(wěn)定在-90度。
另外,目前市場上更多選擇采用跨導(dǎo)運算放大器配合電流模式構(gòu)成反饋補償網(wǎng)絡(luò)(如圖6)。 下面簡單介紹它的電路構(gòu)成和零極點分布:
圖6. Type2跨導(dǎo)運放傳遞函數(shù)
上圖為電流控制模式下,誤差比較器采用跨導(dǎo)放大器的雙環(huán)控制電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)環(huán)路補償措施。其低頻處的零極點fp1由Ro和Cth決定(Ro為放大器輸出阻抗),零點fz1由Rth和Cth決定,高頻極點由Rth和Cthp決定。
需要注意,若使用跨導(dǎo)運算放大器,只有反饋電阻之比是比較重要的,他們都能夠獲得相同的增益(衰減),而且幅相曲線不變!若使用傳統(tǒng)運算放大器,上位電阻影響幅相曲線,若改變,則幅相結(jié)果完全不同,所以這種情況下只保持比值不變是不能幅相特性不變的,因此,這種情況下,若想改變輸出電壓,最好改變下位反饋電阻,而保持上位電阻不變,這種情況下,直流偏置電壓將改變,但反饋部分幅相特性保持不變。
上面就介紹了電流型控制模式下反饋環(huán)路補償網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和傳遞函數(shù)的計算,其環(huán)路穩(wěn)定性判定依據(jù)同之前文章中所述。因為十分重要,所以下面重新將其羅列如下:
- (1) 在穿越頻率F_co處,總開環(huán)相移要小于360°,且需要預(yù)留45°余量,即相位裕度大于45°(最好為60°)
- (2) 在穿越頻率F_co處,增益曲線變化率為-1,以避免穿-2斜率在穿越頻率處相位的快速變化
- (3) 提供必要的增益裕量(12dB)
備注:應(yīng)當(dāng)注意,并不是絕對要求開環(huán)增益曲線在穿越頻率附近的增益斜率為必須為-1,但是由于-1增益斜率對應(yīng)的相位曲線相位延遲較小,且變化相對緩慢,因此它能夠保證,當(dāng)某些環(huán)節(jié)的相位變化被忽略時,相位曲線仍將具有足夠的相位裕量,使系統(tǒng)保持穩(wěn)定。
以上就是這篇文章的內(nèi)容,主要針對電流控制模式下的環(huán)路補償方法及其電路組成做了詳細介紹,之后列出了該模式下功率級和反饋補償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)(普通運放補償和跨導(dǎo)放大補償法),最后給出了環(huán)路穩(wěn)定性判定的一般依據(jù)。春節(jié)后第一篇大概就寫這么多吧,今后計劃開始寫一些設(shè)計、測試等實用性內(nèi)容,一起學(xué)習(xí)共同進步!