電流模式向電壓模式轉變

小融一號

通常在討論這兩種工作模式的時候，所指的是理想的電壓模式和電流模式。然而，在實際的應用中，電流模式的開關電源系統，當輸出負載變化時，或者在一些工作條件，為了系統的穩定，增加一些補償的信號，此時，系統會在電流模式中引入部分的電壓模式特性，或者完全進入電壓模式。

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1 輕載時電流模式趨向于電壓模式

電源系統進入輕載或空載時，變換器通常工作在突發模式和跳脈沖模式。對于跳脈沖模式，變換器進入非連續電流模式，高端的開關管的開通時間為控制器所設定的最小導通時間，同時在有一些開關周期，高端的開關管不導通，也就是屏蔽，或跳去一些開關脈沖，以維持輸出電壓的調節。

注意到：在輕載或空載時，電流信號很小，系統也很難檢測到電流信號，另一方面，由于高端的開關管的開通時間固定為最小導通時間，已不受電流檢測信號的調節，電流反饋事實上已經不起作用，也就不參與到反饋環節。系統此時工作于標準的電壓模式。

對于突發模式，輸出電壓完全由滯洄比較器控制，滯洄比較器控制通過檢測輸出電壓的變化，將輸出電壓設定在允許的上限和下限的范圍內，系統此時也是工作于標準的電壓模式。

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2 使用大的電感值趨向于電壓模式

輸出電感的選擇及設計是基于輸出DC電壓的穩態和瞬態的要求。較大的電感值可減小輸出紋波電流和紋波電壓，減小磁芯的損耗，但在負載瞬變過程中改變電感電流的時間會加長，同時增大電感的成本和體積。較小的電感值可以得到較低的直流銅損，但是交流磁芯損耗和交流繞線電阻損耗會變大。

圖1：不同電感電流         

同時使用大的電感時，電感電流的斜率減小，在理想的狀態下，若電感值為無窮大，那么在整個開關周期，電感電流為直流值，電流檢測信號就不在起作用，也就是標準的電壓模式。因此使用的電感值越大，工作于電流模式的控制就越接近于電壓模式，在負載瞬變過程中，系統動特性越差。因此對于電流模式，折衷的方法是選擇電感紋波電流峰峰值在輸出負載電流額定值的20％到40％之間。

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3 斜坡補償的電流模式趨向于為電壓模式

理論上，當占空比大于50%時，電流模式就要加斜坡補償，系統才能穩定的工作。否則，就會產生次諧波振蕩。在實際的應用中，占空比大于40%時，就要加斜坡補償。占空比大于50%時，斜坡補償，由于電感充分激磁，而去磁不足，因此輸出的電壓將比預設定的值高，并將繼續升高，直到較慢的電壓控制回路調整電流設定點為止，然后輸出電壓又下降至低于期望值，形成次諧波振蕩。

次諧波振蕩典型的特性就是在一個開關周期，脈沖寬度較寬，在下一個開關周期，脈沖寬度變窄，在每三個開關周期，脈沖寬度又變寬，如此反復。此時可以看到輸出電壓不穩定，有時還可以聽到音頻的噪聲。

圖2中，紅線斜坡補償，實線三角形波為加斜坡補償的電感的電流波形，虛線為沒加斜坡補償的電感的電流波形。如果用下降沿的鋸齒波電壓，則其加在電壓誤差放大器的輸出上，用以控制電流檢測信號；如果用上升沿的鋸齒波電壓，則其加在電流檢測信號上，然后與電壓誤差放大器的輸出進行比較。

注意到，內部的斜坡補償將使總的電流斜坡減小，即斜坡補償使真正的電感電流的斜率降低，可以去除不同占空比對平均電感電流大小的擾動作用，使得所控制的峰值電感電流最后收斂于平均電感電流，因而合成波形信號要有斜坡補償信號與實際電感電流信號兩部分合成構成，從而促使變換器從電流模式向電壓模式轉化。

所加的斜坡補償越大，變換器越接近電壓模式，當外加補償斜坡信號的斜率增加到一定程度，峰值電流模式控制就會轉化為電壓模式控制。因為若將斜坡補償信號完全用振蕩電路的三角波代替，就成為電壓模式控制，只不過此時的電流信號可以認為是一種電流前饋信號。

圖2：斜坡補償

斜坡補償也降低了電流環路的增益，降低的系統內部設定的限流點，使系統實際所加的負載電流值降低。

      

當處于空載狀態，輸出電流為零并且斜坡補償信號幅值比較大的話，峰值電流模式控制就實際上就完全變為電壓模式控制。

文章來源：微信公眾號  融創芯城（一站式電子元器件、PCB、PCBA購買服務平臺，項目眾包平臺，方案共享平臺）