电流模式保持开关管峰值电流恒定,即控制输出电感电流峰值也恒定。恒定开关管峰值电流只是恒定了电感电流峰值,并不能保证电感电流的平均值恒定。直流输入电压的变化会引起直流输出电压的瞬时变化,占空比的改变会改变平均电流。而峰值电流保持不变。在宽范围的占空比变化时,将导致次谐波不稳定问题,这可以通过斜率补偿解决。
控制峰值电流的内环能保证电感峰值电流恒定,但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。下图输出电感电流的上升和下降斜率,
峰值电流控制模式存在的问题:
(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,ton最大,对应产生的电感平均电流为Iavl; 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Iavh比Iavl小。(以BOOST为例,Idc=Io/(1-D))由于输出电压和电感电流的平均值相关,输入电压变化时会引起振荡。m2为电感电流的下降斜率,m1l是低压输入时电感电流的上升斜率,m1h是高压输入时电感电流的上升斜率。
- 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。因为如果不相等,输出电感两端就会有直流电压。电感的电阻一般都可忽略不计所以无法承受直流电压。
- m2是下降斜率m2=dI1/dt=Vo/Lo
- 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,定量地从下面等式分析得出:
- 输入电压变低时,导通时间变长,输出电感的平均电流Iav变高。而直流输出电压与电感电流的平均值成正比,当输入电压下降,电流内环增加脉宽,会造成直流输出电压过高;而反馈外环又使脉宽减小,电压下降。直流输出被反馈环反复调整形成振荡。
振荡过程:输入电压变低→电感的平均电流变大→输出电压变高→电压外环调整脉宽变小→输出电压变小
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低时输出电压产生振荡,并且会维持一段时间。
- 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。
(b).占空比小于0.5时初始电感电流扰动I1到下个周期会导致更小的I2,直到最终消失
(c). 占空比大于0.5时初始电感电流初始扰动I3到下个周期会导致更大的扰动I4,最终衰减但形成振荡。
- 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I1,经过第一个下降沿后电流会偏向I2
若占空比小于50%时(m2<m1),则输出扰动I2会小于输入扰动I1,那么经过几个周期以后,扰动会自动消除。但若占空比大于50%(m2>m1),则经过一个周期后输出扰动I4就会比输入扰动I3更大。
定量分析:电流出现微小扰动I1,则电流上升到原来的峰值的时间将提前,变化量dt= I1/m1
从扰动后的电感电流下降沿可见,对应原导通结束时刻,最终电流比原来电流降低了I2.
I2=m2dt= I1*(m2/m1).
若m2大于m1,则干扰将连续增加,从而引起振荡。
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