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開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)

發(fā)布時(shí)間:2022-12-13 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】在開關(guān)電源的系統(tǒng)中,要想使其輸出電壓穩(wěn)定,可以對(duì)輸出電壓進(jìn)行監(jiān)控,然后調(diào)節(jié)開關(guān)管的開通和關(guān)斷,這種方式被稱為電壓控制模式。


在前3節(jié)分析了一個(gè)開環(huán)電源是如何工作的,開環(huán)電源的弊端也很明顯,無法維持輸出的穩(wěn)定,不能抗擾動(dòng),無法得到我們想要的電壓等等。因此,開關(guān)電源的閉環(huán)環(huán)路對(duì)穩(wěn)定性來說非常重要。


在開關(guān)電源的系統(tǒng)中,要想使其輸出電壓穩(wěn)定,可以對(duì)輸出電壓進(jìn)行監(jiān)控,然后調(diào)節(jié)開關(guān)管的開通和關(guān)斷,這種方式被稱為電壓控制模式。


當(dāng)然,除了檢測(cè)輸出的電壓可以控制系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定,其實(shí)檢測(cè)電感輸出的電流同樣可以用來控制系統(tǒng)的穩(wěn)定,將電壓和電流相結(jié)合的方式,就是電流控制模式。下面是電壓控制模式的框圖:


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


Rf為輸出電壓取樣電阻,EA為誤差放大器。COMP為比較器,邏輯與驅(qū)動(dòng)為MOS管的驅(qū)動(dòng)電路?,F(xiàn)假設(shè)輸出電壓升高,則VFB電壓增加,此時(shí)輸出電壓Vc減小,則占空比會(huì)減小,輸出電壓減少,電路中關(guān)鍵點(diǎn)的波形如下: 


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


上面這種方式非常簡單的就能控制輸出電壓的穩(wěn)定。通過采樣,放大和比較就能得到不同高低電平的方波從而來改變開關(guān)管的開通和關(guān)斷時(shí)間,那到底是如何實(shí)現(xiàn)的呢? 


根據(jù)前面推導(dǎo)的Buck變換器的輸入和輸出關(guān)系表達(dá)式:


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


很明顯要維持這個(gè)等式的平衡,當(dāng)輸入電壓變化或者輸出電壓變化,只有改變D才能可能使等式一直平衡。從上面的電壓控制也能看出來。 


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


所以在改變D的時(shí)候,我們可以有下面幾種方法: 


(1)維持分母T不變,只改變ton的時(shí)間,波形如下:


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


(2)維持分子ton必變,只改變T的時(shí)間,波形如下: 


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


(3)維持分子ton/T不變,同時(shí)改變ton和T的時(shí)間,波形如下: 


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


上述三種改變D的方式分別對(duì)應(yīng)了PWM,PFM以及PWM和PFM混合調(diào)制的方式來控制開關(guān)管的占空比。 


搭建電壓控制模式的電源系統(tǒng),VFB設(shè)定為3V,分為電阻為兩個(gè)10K,因此輸出電壓為6V。


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


可以看出輸出電壓為6V和我們?cè)O(shè)定的基本一致。 


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


同時(shí),在后面的時(shí)間內(nèi),輸出電壓不穩(wěn)定。 


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


說明這個(gè)系統(tǒng)不穩(wěn)定,我們仿真電源的增益和相位曲線。 


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


從仿真波形可以看出,相位在-180°的頻率非常多,在穿越頻率處,相位裕度基本為0,說明系統(tǒng)確實(shí)不穩(wěn)定。 


總結(jié)一下:使用電壓控制方式的閉環(huán)控制方式,可以使輸出電壓滿足我們輸出電壓的要求,但存在系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況。通過不同的方式改變驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的占空比,就能調(diào)節(jié)輸入和輸出的關(guān)系。


開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析(四)


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