摘要 ：根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)參考文獻(xiàn)，比較詳細(xì)地依據(jù)基本工作原理圖說明了五種新型 PWM反饋控制模式的基本工作原理、發(fā)展過程、關(guān)鍵波形、性能特點(diǎn)及應(yīng)用要點(diǎn)。

一、引言

PWM開關(guān)穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源基本工作原理就是在輸入電壓變化、內(nèi)部參數(shù)變化、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，使得開關(guān)電源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，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、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、均流等功能。對(duì)于定頻調(diào)寬的PWM閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，主要有五種PWM反饋控制模式。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。

二、開關(guān)電源PWM的五種反饋控制模式

1. 電壓模式控制PWM (VOLTAGE-MODE CONTROL PWM)：

如圖1所示為BUCK降壓斬波器的電壓模式控制PWM反饋系統(tǒng)原理圖。電壓模式控制PWM是六十年代后期開關(guān)穩(wěn)壓電源剛剛開始發(fā)展起就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)界很好地被廣泛應(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波相比較，通過脈沖寬度調(diào)制原理，得到當(dāng)時(shí)的脈沖寬度，見圖1A中波形所示。逐個(gè)脈沖的限流保護(hù)電路必須另外附加。主要缺點(diǎn)是暫態(tài)響應(yīng)慢。當(dāng)輸入電壓突然變小或負(fù)載阻抗突然變小時(shí)，因?yàn)橛休^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。圖1A電壓誤差運(yùn)算放大器（E/A）的作用有三：①將輸出電壓與給定電壓的差值進(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將開關(guān)電源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)榫哂幸欢ǚ档谋容^“干凈”的直流反饋控制信號(hào)（VE）。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(duì)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(duì)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。電壓模式控制的優(yōu)點(diǎn)：①PWM三角波幅值較大，脈沖寬度調(diào)節(jié)時(shí)具有較好的抗噪聲裕量。②占空比調(diào)節(jié)不受限制。③對(duì)于多路輸出電源，它們之間的交互調(diào)節(jié)效應(yīng)較好。④單一反饋電壓閉環(huán)設(shè)計(jì)、調(diào)試比較容易。⑤對(duì)輸出負(fù)載的變化有較好的響應(yīng)調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)：①對(duì)輸入電壓的變化動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。②補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)本來就較為復(fù)雜，閉環(huán)增益隨輸入電壓而變化使其更為復(fù)雜。③輸出LC濾波器給控制環(huán)增加了雙極點(diǎn)，在補(bǔ)償設(shè)計(jì)誤差放大器時(shí)，需要將主極點(diǎn)低頻衰減，或者增加一個(gè)零點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。

?

④在傳感及控制磁芯飽和故障狀態(tài)方面較為麻煩復(fù)雜。改善加快電壓模式控制瞬態(tài)響應(yīng)速度的方法有二：一是增加電壓誤差放大器的帶寬，保證具有一定的高頻增益。但是這樣比較容易受高頻開關(guān)噪聲干擾影響，需要在主電路及反饋控制電路上采取措施進(jìn)行抑制或同相位衰減平滑處理。另一方法是采用電壓前饋模式控制PWM技術(shù)，如圖1B所示。用輸入電壓對(duì)電阻電容（RFF、CFF）充電產(chǎn)生的具有可變化上斜波的三角波取代傳統(tǒng)電壓模式控制PWM中振蕩器產(chǎn)生的固定三角波。因?yàn)榇藭r(shí)輸入電壓的變化能立刻在脈沖寬度的變化上反映出來，因此該方法對(duì)輸入電壓的變化引起的瞬態(tài)響應(yīng)速度明顯提高。對(duì)輸入電壓的前饋控制是開環(huán)控制，目的為了增加對(duì)輸入電壓變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。對(duì)輸出電壓的控制是閉環(huán)控制。因而，這是一個(gè)有開環(huán)和閉環(huán)構(gòu)成的雙環(huán)控制系統(tǒng)。

2. 峰值電流模式控制PWM (PEAK CURRENT-MODE CONTROL PWM)：