三大电流电压控制模式的详解与优缺点

1、电压控制模式

如下图就是一个典型的电压控制模式，电压控制模式的开关周期为芯片的时钟周期，每来一个时钟信号，开关信号即开启或者说PWM信号会产生由低到高电平的变化，而一个周期内开关信号的关断即PWM信号由高到低电平，转换时刻则是由反馈产生的电压误差信号和锯齿波的比较决定。

电压控制模式的优点：

1.PWM三角波幅值较大，脉冲宽度调节时具有较好的抗噪性；

2.对于多路输出电源，它们之间的交叉调整率比较好；

3.单一反馈电压闭环设计，调试比较容易。

电压控制模式缺点：

1.当个输入电压突然变化或者负载阻抗突然变化时，因为主电路有较大的输出电容C以及电感L相移延时作用，输出电压的变化也延时滞后，同时输出电压变化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比较器调节脉宽。也就是说环路控制的变化必须经过L、C二阶极点系统获得设计输出，输出响应不是很好。

2.电压控制模式环路控制中由于不涉及到输入电压的变化，也就是说输入电压并没有直接参与反馈环路的闭环控制，因此，源动态不好，输入电压突变时的响应较慢。

3.由于电压控制模式不采样电流，逐周限流保护功能必须另外增加电路来实现。

如何改善？

1.增加电压误差放大器的带宽，保证具有一定的高频增益。不过这样容易受高频开关噪声的影响，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；带宽增加有利于提高电源的动态响应，但是对于高频噪声的抑制会有影响，容易受到干扰。

2.采用电压前馈模式控制的PWM技术，改善源动态。

2、峰值电流控制模式

峰值电流控制模式的基本原理如下图所示，误差电压信号Vc送至PWM比较器后，并不是像电压模式控制那样与振荡电路产生的固定三角波电压斜坡比较，而是与一个变化的其峰值代表电感电流峰值的三角波形进行比较，然后得到PWM脉冲关断时刻。

因此峰值电流控制模式不是用电压误差信号直接与锯齿波信号比较控制PWM脉冲宽度，而是直接控制峰值电感电流大小，然后间接地控制PWM脉冲宽度。当开关管导通时，电流上升，电流检测通过一个互感器或者电阻采样，形成一个内部的电流环，外部电压环用来调制电感电流，而内部电流环直接控制占空比。

同样，峰值电流控制模式的开通时刻仍然由时钟信号开启，即每一个时钟周期到来，PWM信号就会从低到高变化，是为每个周期PWM的开通时刻，而峰值电流控制模式的关断时刻是由检测的电流信号峰值与电压误差信号Vc进行比较，当检测到的峰值电流信号与电压误差信号相等时，关断PWM信号，由此决定了PWM的导通时间Ton。假如因某种原因，电感电流的峰值突然变大，则开关导通时间会缩短，占空比会减小，从而使得开关峰值电流减小。

那么峰值电流控制模式相对电压控制模式有什么优点呢？

1、峰值电流控制模式由于直接采样电感电流，输入电压的变化会直接在电感电流上反映出来，因此，这种控制模式天然具有前馈补偿的功能，能够对输入电压变化和输出负载变化快速响应；

2、峰值电流控制模式PWM是双闭环控制系统，电压外环控制电流内环。电流内环是瞬时按照逐个脉冲工作的。功率级是由电流内环控制的电流源，而电压外环控制此功率级电流源。在该双环控制中，电流内环只负责输出电感的动态变化，因而电压外环仅需控制输出电容电压，不必控制LC储能电路。由于这些，峰值电流控制具有比电压控制大得多的带宽。带宽越宽，相对来讲稳定性越好。

3、虽然电源的LC滤波电路为二阶电路，但增加了电流内环控制后，电感L的极点位于内部的电流环，输出电容的ESR及其变化仍然在外部的电压环，而不是像电压控制模式，L、C的双极点都在外部的电压环中。

4、峰值电流控制模式，只有当误差电压发生变化时，才会导致电感电流发生变化，即误差电压决定电感电流上升的程度，进而决定功率开关的占空比，因此，内环可看作是一个电流源，电感电流与负载电流之间有了一定的约束关系，使电感电流不再是独立变量，整个反馈电路变成了一阶电路，由于反馈信号电路与电压模式相比，减少了一阶，因此误差放大器的控制换补偿网络得以简化，稳定度得以提高并且改善了频率响应，具有更大的增益带宽积。在小信号分析时，这种电路可以忽略电感的存在。因此，在整流器的输出端，增益和相位是由并联的输出电容和负载电阻确定的。这样，电路最多只有90°相移和-20dB/dec而非-40dB/dec的增益衰减。

5、电流环是外部电压环的一部分，峰值电流闭环特性非常类似于一个跨导型放大器。电流环的闭环增益抑制呈现平特性直到交越频率。在交越频率处，增益曲线以-1的斜率下降，在外部电压环中增加了第二个极点，不过这个极点的频率远高于电容的极点。为了避开电流环的这个极点，外部电压环的带宽要小于内部电流环的极点频率，因此，内部电流环的带宽会高于外部电压环的带宽。

6、由于峰值电流控制模式cycle by cycle的控制峰值电流，因此具有简单自动磁通平衡功能；

7、峰值电流控制模式具有瞬时峰值电流限流功能，即峰值电流模式具有内在固定的逐周限流功能；

峰值电流控制模式尽管相对于电压模式控制来讲有了很多的改善，但是也有它自身的一些不足：占空比》50%后环路不稳定（次谐波震荡），需要加斜率补偿进行改善。

3、平均电流控制模式

平均控制模式如下图所示，输出电压采样经过误差放大器U1后形成Vcp，然后将Vcp作为误差放大器U2的同相端，与电流采样信号进行比较，然后经过误差放大器U2后形成电压Vca与锯齿波进行比较得到占空比。通俗一点讲就是电压采样经过补偿器进行补偿，将补偿器输出Vcp作为电流内环的给定，与电流采样进行比较，经过电流内环补偿器后与锯齿波比较得到占空比。

平均模式相对峰值电流控制模式来讲，它有峰值电流模式的所有优点：相同的截止频率；对于电流负载变化，相同的瞬态响应。在低于截止频率时，峰值电流模式控制的环路增益为平特性，而对于平均电流模式控制来讲，它的增益是一直上升的。这种低频时的高环路增益可以去除峰值对平均值的误差，而且能够保证轻载时电感电流进入不连续状态时好的环路稳定性能。

平均电流控制模式下电感电流能够高精确的跟踪电流信号，所以一般中大功率的PFC拓扑均采用这种控制方式。
编辑：lyn