电压模式与电流模式的控制原理与优缺点

1、请分别说明电流模式和电压模式的控制原理，比较电流模式和电压模式的优缺点。

What: 1. 电流模式控制 Current mode control是指不但包含电压反馈, 而且包含(输入 / 输出)电感电流反馈的的控制模式. 书中讲的是峰值电流模式Peak Current mode.如
果最终控制的是输出电感电流的话Peak Current mode是很有效的,但在控制输入电
感电流时就牺牲了一些优点. 广义的电流模式还包括平均电流模式(Average current
mode), 平均电流模式克服了峰值电流模式缺点.
2.电压模式只有电压反馈, 控制结构上只有电压反馈环.
Why: 引入电流模式的原因是因为电流模式有单纯电压控制模式不可比拟的优点,包括:
1. 对输入电压变化响应快
2. 消除了磁通不平衡
3. 控制器容易设计
4. 输出瞬态响应好
电流模式得缺点, 准确得说应该是峰值电流模式的缺点:
a. 输入电压或输出电流变化都可能引起输出电压振荡 , 需要slope
compensation.
b. 抗干扰能力比较差
c. Peak to Average error 电流峰值和平均值有误差
How:
图1 常见电压模式控制器结构
其中Vfb 为电压反馈信号, Vref为参考
信号, Vsw是三角波, A1是运放, A2是比较器
可以看到电压控制器比较复杂
1. 输入电压变大, 上升斜率变大, 脉变相应变小,有输入电压前馈的效果.
2. 一个周期正负两个脉冲, 电压控制器输出不会瞬变, 所以两边管子的电流最大值是一样
的,保证?B+=?B-, 防止imblance, 即便开始出现imblance, 一边电流变大,最低点越来越接近电压环控制器输出,所以脉宽变窄, 抑制变压器进一步饱和.
3. 反馈控制设计变得容易, 这是因为, 引入电流环, 对于电压环来说对象特性发生了变化,
电流模式的模型比较复杂, 是研究的热点问题之一. 但可以以push-pull电路为例做定性分析来说明这种变化的存在: 没有电流反馈时,电压控制器输出到输出滤波器的输入电
压的传递函数是一个比例系数K, 电压控制器的控制对象就是一个LC滤波器(增益为K)，输出受电感影响,设计电压环控制器的设计就比较复杂, 电流模式下,若电压控制器输出是按照正弦变化,则输出滤波器的输入平均电流是按照正弦变化, 也就是说, 电压控制器输出到输出滤波器输入平均电流的传递函数是一个比例系数, 因此,对于LC滤波以及负载而言, 前面的电路相当与一个电流源, 所以输出电压是输出电流和电容与负载并联阻抗之积, 电感的作用被消除,这样电压控制器就很好设计得多.值得提醒的是，以上定性分析是针对BUCK型的电路而言,但BOOST型的电路是不成立的, BOOST型的电路加入(输入)电感电流反馈后,电流环的模型就变得非常复杂.
4. 由3可见, 电流模式输出响应会比单纯电压模式好
图2 峰值电流模式控制器
Ifb,Vfb分别为电流,电压反馈
信号Vref是电压参考信号
A1,A4为运放, A2为比较器
可见电压控制器,和电流控制器结构都比较简单。