电压模式控制PWM

下图(a)为 Buck降压斩波器的电压模式控制 PWM (VoltagemodeControlPWM)反馈系统原理图。电压模式控制 PWM 是20世纪60年代后期开关稳压电源刚刚开始发展时所采用的第一种控制方法。该方法与一些必要的过电流保护电路相结合,至今仍然在工业界广泛应用。电压模式控制只有一个电压反馈闭环,采用脉冲宽度调制法,即将电压误差放大器采样放大的慢变化的直流信号与恒定频率的三角波上斜坡相比较,通过脉冲宽度调制原理,得到当时的脉冲宽度,如图218(a)中所示波形。逐个脉冲的限流保护电路必须另外附加。当输入电压突然变小或负载阻抗突然变小时,因为主电路有较大的输出电容C及电感L相移延时作用,输出电压的变小也延时滞后,输出电压变小的信息还要经过电压误差放大器的补偿电路延时滞后,才能传至PWM 比较器将脉宽展宽。这两个延时滞后作用是暂态响应慢的主要原因。
电压模式控制的优点有:
① PWM 三角波幅值较大,脉冲宽度调节时具有较好的抗噪声裕量;
② 占空比调节不受限制;
③ 对于多路输出电源,它们之间的交互调节效应较好;
④ 单一反馈电压闭环设计、调试比较容易;
⑤ 对输出负载的变化有较好的响应调节。
电压模式控制的缺点有:
① 对输入电压的变化动态响应较慢;
② 补偿网络设计本来就较为复杂,闭环增益随输入电压而变化,使其更为复杂;
③ 输出 LC滤波器给控制环增加了双极点,在补偿设计误差放大器时,需要将主极点低频衰减,或者增加一个零点进行补偿;
④ 在传感及控制磁芯饱和故障状态方面较为复杂。

加快电压模式控制瞬态响应速度的方法有两种:一是增加电压误差放大器的带宽,保证具有一定的高频增益。但是这样容易受高频开关噪声干扰影响,需要在主电路及反馈控制电路上采取措施进行抑制或同相位衰减平滑处理;另一方法是采用电压前馈模式控制 PWM 技术,原理如图218(b)所示。用输入电压对电阻电容(RFT、CFT)充电产生的具有可变化上斜坡的三角波取代传统电压模式控制 PWM 中振荡器产生的固定三角波。此时,输入电压变化能立刻在脉冲宽度的变化上反映出来。因此,该方法对输入电压的变化引起的瞬态响应速度明显提高。对输入电压的前馈控制是开环控制,而对输出电压的控制是闭环控制,目的是增加对输入电压变化的动态响应速度。这是一个有开环和闭环构成的双环控制系统。


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