开关电源的小信号模型及环路设计
斜坡波形(Vs)通过电压比较器进行比较后,直接得到开关管的关断信号(开通信号由时钟自动给出),因此,电压环的输出控制量是电感电流的峰值给定量,由电感电流峰值控制占空比。
峰值CMC控制的是电感电流的峰值,而不是电感电流(经滤波后即负载电流),而峰值电流和平均电流之间存在误差,因此,峰值CMC性能不如平均CMC。一般满载时电感电流在导通期间的电流增量设计为额定电流的10%左右,因此,最好情况下峰值电感电流和平均值之间的误差也有5%,负载越轻误差越大,特别是进入不连续电流(DCM)工作区后误差将超过100%,系统有时可能会出现振荡现象。在剪切频率fc以下,由图6可知平均CMC的电流环开环增益可升到很高(可以>1000),电流可完全得到控制,但峰值CMC的电流环开环增益只能保持在10以内不变(峰值电流和平均值之间的误差引起),因此,峰值CMC更适用于满载场合。
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峰值CMC控制的是电感电流的峰值,而不是电感电流(经滤波后即负载电流),而峰值电流和平均电流之间存在误差,因此,峰值CMC性能不如平均CMC。一般满载时电感电流在导通期间的电流增量设计为额定电流的10%左右,因此,最好情况下峰值电感电流和平均值之间的误差也有5%,负载越轻误差越大,特别是进入不连续电流(DCM)工作区后误差将超过100%,系统有时可能会出现振荡现象。在剪切频率fc以下,由图6可知平均CMC的电流环开环增益可升到很高(可以>1000),电流可完全得到控制,但峰值CMC的电流环开环增益只能保持在10以内不变(峰值电流和平均值之间的误差引起),因此,峰值CMC更适用于满载场合。
峰值CMC的缺点还包括对噪音敏感,需要进行斜坡补偿解决次谐波振荡等问题。但由于峰值CMC存在逐周波限流等特有的优点,且容易通过脉冲电流互感器等简单办法复现电感电流峰值,因此,它在Buck电路中仍然得到了广泛应用。
5 结语
采用平均状态方程的方法可以得到Buck电路的小信号频域模型,并可依此进行环路设计。电压模式控制、平均电流模式控制和峰值电流模式控制方法均可用来进行环路设计,各有其优缺点,适用的范围也不尽相同。
《开关电源的小信号模型及环路设计(第4页)》