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电流模式的缺点和存在的问题

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电流模式的缺点和存在的问题

   从图可见,电源适配器电流模式保持开关管峰值电流恒定,即电源适配器控制输出电感电流峰值也恒定,以确保输出所要求的直流平均负载电流,从而保持所对应的直流输出电压与电压误差放大器确定的输出电压值一致。
    直流负载电流是输出电感电流的平均值,而恒定开关管电流峰值只是恒定了电感电流的峰值,并不能保证电感电流的平均值恒定,即无法保持输出负载电流的恒定。这样,在上述的未改进的电流模式电路中,直流输入电压的变化会引起直流输出电压的瞬时变化,经过短暂延时后,这个输出电压变化会被误差放大器外反馈环调整。因为正是这个电压反馈环最终确定输出电压。
    补充:这涉及到“峰值与平均值的比值”问题,此问题来源于保持电感峰值电流恒定不能保证其平均电流恒定,原因在于占空比的改变会改变平均电流,而峰值电流却保持不变。在宽范围的占空比变化时,将导致次谐波不稳定问题,但可通过斜率补偿加以解决。
    尽管如此摄像机电源适配器控制峰值电流的内环,能保持电感峰值电流恒定,却不一定能提供与输出电压对应的正确的电感平均电流,从而导致输出电压的再次变化。反复的调整会造成输入电压变化时输出电压产生振荡,并且会维持一段时间。至于具体情形,可以用图中输出电感电流的上升和下降斜率来解释。

电源适配器电流模式存在的问题。
(a)不同输入电压下的输出电感电流波形。在电流模式下,电感峰值电流是恒定的。直流输入电压最低时,最大,对应产生的电感平均电流为l;随着直流输入电压的升高,导通时间会减小以维持输出恒定。但是对应的电感平均电流L比L小。由于输出电压和电感电流的平均值(而非峰值)相关,输入电压变化时会引起振荡。m2为电感电流的下降斜率,m1是低压输入时电感电流的上升斜率,m1是高压输入时电感电流的上升斜率。
(b)占空比小于0.5时,初始电感电流扰动l1到下个周期会导致更小的l2,直到最终消失。
(c)占空比大于0.5时,电感电流初始扰动l3到下个周期会导致更大的扰动L4,最终衰减但形成振荡。


图显示出电流模式电感电流在两种不同输入电压下的上升和下降斜率。m2是下降斜率:m2=dI/dt=V。/L。可见,它不随输入电压改变。输入电压较高时,导通时间L较短;输入电压较低时,导通时间t较长。
由于晶体管的峰值电流受PwM比较器限制,所以电感峰值电流是恒定的,如图所示。电压外环保持输出电压V,不变,使比较器的直流输入V恒定。而恒定的V使V峰值不变,从而使品体管和输出电感的峰值电流也是恒定的。
如图所示,稳态下,导通时间内输出电感上电流上升的值和关断时间内电流下降的值是相等的。如果不相等,输出电感两端就会有直流电压。因为已经假设电感的电阻可忽略,所以它是无法承受直流电压的。从图可见,直流输入较低时的电感平均电流值要比输入较高时的值大,这可定量地从下面等式的分析中得出。

从式可知,由于反馈环保持V1乘积恒定,所以输入电压低时,导通时间长,输出电感的平均电流Iav高。
又由于直流输出电压与电感电流的平均值而非峰值成正比,所以当输入电压下降,电流内环使脉宽增加时,会造成直流输出电压过高;而反馈外环又使脉宽减少,电压下降。这样,直流输出被反馈环反复调整形成振荡。
但这种现象不会在只控制输出电压的电压模式中出现。在电压模式中,由于直流输出电压与电感电流的平均值相关而不是与其峰值成正比,保持输出电压恒定与保持电感平均电流恒定不会发生矛盾。

电源适配器对输出电感电流扰动的响应

图示出了电流模式会引起振荡的第二个原因。如图所示,电源适配器在恒定输入电压下,如果由于某种原因产生了初始扰动电流M1,则经过第一个下降沿后,电流会偏移△2。此外,如图所示,若占空比小于50%(m2<m1),则输出扰动Ml2会小于输入扰动M1,那么经过几个周期以后,扰动就会自动消除。但若如图所示,占空比大于50%(m2>m1),则经过一个周期后输出扰动△就会比输入扰动M更大。这个干扰情况充电器生产厂家也可根据图定量分析。设电流出现微小扰动△1,则电流上升到原来的峰值的时间将提前,变化量d=△l1/m2
从扰动后的电感电流的下降沿可见,对应原导通结束时刻,最终电流比原来电流降低了△I2

若m2大于m1,则干扰将连续增加,从而引起振荡。

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| 发布时间:2019.04.19    来源:电源适配器厂家
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