开关电源用什么控制算法（开关电源的控制）

电流模式控制

20世纪80年代初，引入了新的控制算法，将主要控制对象从输出电压改为电感电流。输出电压仍然稳定，但使用脉宽调制（PWM）来调节电感电流以保持稳定的电压。虽然它增加了控制的复杂性，但好处是显而易见的，其中最值得注意的是，由于电流自然受到限制，所以完整的控制器现在可以集成在非常便宜的8引脚IC封装中。其控制框图及工作模式如下图所示。

可以看出，电流模式架构似乎与电压模式架构具有完全相同的功能模块，但在这种情况下，振荡器仅决定开关频率，并通过锁存开关管开启PWM脉冲。还有一个模拟误差放大器，用于生成误差信号，用于使输出电压遵循内部基准；以及一个比较器，通过将误差信号与斜坡波形进行比较来提供脉宽调制PWM。但不同之处在于，斜坡信号现在变成了输出电感电流的模拟信号，并且波形图中的信号标记为V CS 。该波形的平均值代表平均直流输出电流，但顶部的斜坡波形是由电感和输入电压决定的瞬时电流。当波形的峰值等于误差放大器的输出时，开关关断。

请注意，现在有两个反馈控制环路，一个来自输出电压，确定电压误差，另一个来自输出电感器，确定电感器电流，其中之一或两者都可以改变开关脉冲宽度。电流信号可以通过多种方法获得，也可以在电路中的不同位置检测，但最常见的是，对于非隔离拓扑，在功率环路中检测（如上图所示） ，而在变压器耦合拓扑中，电流是在开关管的串联位置检测的。

电流模式控制的优点包括：

固定频率运行，但可以与外部时钟同步；通过钳位误差放大器输出电压来实现逐周期限流；通过控制电感电流，可以有效消除电感极点，使电路更容易补偿，整体环路带宽明显高于等效的有效电压模式架构；电感电流斜率随着输入电压的升高而增大，因此存在电压前馈效应，对输入电压变化的响应是瞬时的；可多个电源模块并联，负载均流效果好。但也存在一些其他缺陷：

必须注意消除电流信号中的电源开关噪声，以防止其注入到PWM 比较器中；特别是，在控制信号中，通常存在需要消除的前沿电流尖峰，这在控制低于最小脉冲宽度时具有局限性。有两个反馈回路，难以分析；由于电路延迟，低于最小脉冲宽度无法实现电流控制，并且可能出现较高的电流限制“拖尾”；当电源占空比超过50%时，这可能会导致电路不稳定，需要在电感电流信号上叠加斜率补偿。平均电流模式控制

刚刚讨论的电流模式架构的另一个问题是控制基于电感电流波形的峰值，而负载看到的是电感中的平均电流。尽管这在控制算法中引入了非线性，但这对于固定输出电压调节器来说通常不是问题。然而，如果需要在很宽的范围内控制电流，可能会出现问题。其中一种应用是有源功率因数预调节器(APFC)，它需要在整个输入线电压周期内对电流进行线性控制。在这些条件下，电流环路需要更高的增益，因此可能需要如下所示的框图。

这里的PWM 是用固定斜坡波形生成的，就像在电压模式控制器中一样，但现在比较的是结合了电压和电流反馈环路的模拟电流放大器的输出。由于受控制的是平均电感器电流，因此需要检测电流信号，其中信号可以包含完整的电感器电流波形。我们现在可以对输出电流进行完全线性控制，但代价是添加一个高增益放大器（具有自己的补偿），这是非常昂贵的。因此，除非确实需要，否则很少看到和使用这种控制方案。峰值和平均值控制的比较如下所示。

谷值电流模式控制

为了缓解峰值电流模式下最小占空比的限制，谷值电流检测引入了前沿调制，使得开关管的脉宽在导通前就确定了。其结果是控制方案能够承受更大的噪声，并允许精确控制更大降压比所需的窄脉冲。该架构通常通过在续流管中测量并使用适当的信号调理来观察电感器电流波形的下降过程。将所得斜坡电压与反馈电压误差信号进行比较。另一个特点是增加了恒定导通时间开关激活电路，无需斜率补偿，并提供作为输入电压函数的导通时间调节。该控制的简化框图如下所示。