电流模式环路及调节.docx

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电流模式环路及调节

电流模式环路及调节

一、目的

规范电流型控制PWM电源环路调试方法，提高调试效率。

二、适用范围

适用于电流型控制PWM电路的调试。

三、主要步骤

1、开环占空比及工作振荡频率的调节

2、输出纹波的调节

3、电流检测波形的调节

4、电压环路参数的调节

四、具体内容

1、开环占空比及工作振荡频率的调节

1.1概述

对2843等系列脉宽调制器，其不同的振荡R，C值组合可得到相同的工作频率，但如果得到一定的开环占空比则只有一种固定的R，C组合。

基准电压Vref（5V）通过定时电阻给定时电容充电，内部电流源又使定时电容C放电，因此，开环最大占空比完全由定时电阻R和内部电流源放电电流决定，放电电流固定，则开环最大占空比完全由定时电阻决定。

工作频率与R，C的乘积成反比。

1.2调节方法及步骤

选择振荡元件的第一步是确定要求的开环占空比。

电阻R越大，开环占空比越大，此数据在各芯片资料中有具体的图表及说明。

调整定时电阻R使开环最大占空比达到要求后，再调整定时电容C，使开关频率达到要求。

注意：

电源实际工作中最大占空比会有所变化，其随着图1，图2中流过R2的电流减小而减小。

故调节时需注意开环最大占空比和工作最大占空比之间的余量，工作最大占空比与开环最大占空比余量至少在4%及以上。

对2843等开环最大占空比可达将近100%的系列，开环占空比若很大的话，在电源短路，起

发放部门：

开发部

编制：

审核：

批准：

机等情况下对开关管及整流管等具有较大的压力，故需调节最大占空比。

因芯片可输出最大占空比接近100%，故振荡电阻R值一般不可取太大，为达到所需的开关频率，定时电容C则取值相应大一些，限制其最大占空比在电源所需的范围内。

对2846等开环最大占空比限制在50%以内的系列，其定时电阻R取值不可太小，避免正常工作时已达到其限制的最大占空比，使环路无法调节。

1.3常用振荡频率的振荡电阻与振荡电容组合列表

开环最大占空比的调节，需综合考虑电路拓扑结构及电源本身实际情况而定。

下面列表说明较常用振荡参数及所限开环最大占空比数据，仅供参考。

表一：

对2843﹑2842等开环占空比为100%的系列

振荡频率f

KHz

定时电阻R

（KΩ）

定时电容

C（PF）

开环最大百分比

100K

0.82K//3K3

682//682

45%

0.82K

103//332

60%

1K

103//222

68%

1K2

682//332

73%

150K

0.82K//3K3

682//222

45%

0.82K

562//332

60%

1K

472//332

68%

1K2

682

73%

200K

0.82K//3K3

682

45%

0.82K

332//332

60%

1K

472//102

68%

1K2

332/222

73%

（注：

以上数据频率误差范围±5KHz）

表二：

对2846等开环占空比为50%的系列

振荡频率f

KHz

定时电阻

R（KΩ）

定时电容

C（PF）

开环最大百分比

74K

18K

152

46%

68K

20K

152

47%

62K

22K

152

49%

...

...

...

...

...

...

...

...

108K

18K

102

46%

100K

20K

102

47%

92K

22K

102

49%

（注：

因我司常用高精度聚酯电容最小值为102，故表二所列数据较为局限，实际应用时

根据电源实际情况调整）

2、输出纹波的调节

2.1概述

输出滤波器对变换器的动态性能影响较大。

变换器的动态性能往往由LC滤波环节参数决定。

随着L，C取值的降低，变换器功率级的动态响应速度可以得到显著的提高。

2.2调节方法及步骤

由以上分析可知，动态调节之前需预先调节输出L，C的参数，使输出纹波在指标要求的范围内，且留有充足的余量。

另外，电感调节需考虑到电流连续与不连续，电感饱和的影响，电容调节需考虑纹波电流的降额等。

对于一个变压器同时有主路及一路磁饱和时，两个环路先单独调节。

一般调节方式是：

主路L，C取值降低（一般为续流电感感量降低），使动态响应速较快；而磁饱和一路的电感L值增大，电容C不可并联过多（或使电容的ESR值不可太小），使辅路的动态响应速度较慢，与主路的动态响应速度错开，有利于环路的调节。

3、电流检测波形的调节

3.1概述

电流模式方式控制包括两个控制环，一个内部电流控制环和一个外部电压控制环。

电流模式控制为电流检测波形与误差放大器输出电压波形比较，当电流波形幅值大于误差放大器输出电压波形时，输出关断，以此控制工作占空比及输出电压。

3.2电流模式方式控制的优点

对输入电压响应快，负载响应快，动态性能好，逐个脉冲限制可简化过流保护和短路保护，适用于负载或输入电压有突变或变化较大的情况。

3.3调节方法及步骤

当调测电源环路前，首先需调节PWM芯片电流波形，调节时要充分考虑功率限制的大小，使功率限制指标在合理的范围之内，且电流波形峰值较高，斜率较大，这样环路增益较小，环路不易受干扰，环路也较好调。

2843等系列的电流波形斜率主要由输出续流电感感量及反馈取样电阻的大小决定，它们之间的关系是：

输出续流电感感量越大，电流波形斜率越小；反馈取样电阻阻值越大，电流波形斜率越小。

调节电流波形时需充分考虑输出续流电感及取样电阻的大小。

调节此值时，以2843为例，电路如图1。

其3脚波形为电流检测放大器与斜坡补偿所得两个波形的求和。

对于电流模式控制，电流检测放大器所得波形应占主要地位，斜坡补偿电路只是一个补偿作用，当电路运行中斜坡补偿占主要地位时，电路其实成为电压模式控制的电源，所以R1，C1的取值一定要注意。

R1取值越小，C1的取值越大，斜坡补偿作用越明显。

电阻R1一般取值10K以下，电容C1一般取值470Pf以下。

当工作占空比大于50%时，首先必须调节斜坡补偿，且斜坡补偿量要加的比较大。

电源空载或小载运行时，因2843的3脚电流波形很平，幅值很小，此时环路最易受干扰，引起环路振荡，通过稍增大C1加大补偿，让电流波形增大斜率，此时对环路的稳定有很好的效果。

另外，也有电源环路补偿电路取自2843芯片的输出第6脚﹑输入供电电源第7脚及其他方式的，调节方法基本与上相同，略。

8脚2843系列与16脚的2846系列调节方式基本相同，只是所调节的脚位不同，其电路图2所示。

R2R2

图1UC2843等系列斜坡补偿处电路图2UC2846等系列斜坡补偿处电路

4、电压环路参数的调节

4.1概述

环路的稳定性直接影响电源本身性能，如EMC，噪音，效率等各指标，也会对使用电源的

系统造成一定程度的影响，甚至误操作。

环路稳定性不好，也会大大降低电源本身使用时的可靠性及寿命，严重的会引起电源内部功率管及其它功率器件炸毁，起火等危险的情况。

故环路稳定性调测是电源调试过程中较为重要的一项内容。

4.2环路稳定性判定的常用方法及我司常用电路

环路稳定性比较简单的判断方法是，测量电源的动态响应、开关管开关波形，或PWM芯片调整脚的波形。

有关我司常用环路参数的电路图如图3，图4，其中图3为利用运放做反馈稳压的，图4为利用431做反馈稳压的。

图3利用运放做反馈稳压的电路图图4利用431作反馈稳压的电路图

4.3动态响应的概念与波形介绍

动态响应的测量可转换输出负载由其小载至满载之中的任意范围值来测量，通常由25%—50%及50%—75%等，如此的负载变化在设定的恢复时间结束时，电源由一种状态变换至另一种状态的恢复程度即为环路的动态响应。

图5（b）（c）为较为理想的动态响应波形轨迹。

图5（a）的转换波形在方波的上升与下降边缘，会引起开关的输出电压有“上冲”或“下冲”的现象发生。

如图5（b）与（c）所示的波形，这些动态的Vr电压大小主要由输出电容器的ESR值而定，

然而恢复时间Tr基本为输出滤波器与环路响

应的函数。

图5（c）所示电源做动态响应时

的输出曲线部分，这一部分由环路参数决定。

图5（c）所示的动态响应波形有利于环

路的稳定，适用于较高输出电压的动态波形。

图5（b）与（c）的调节，也需视使用

电源的系统灵敏度而决定，需综合考虑。

在电源做动态响应时，需注意此时初级

开关管的Vds波形，其波形的上包络线此时

应该和输出端所测的动态响应波形基本相同，

输出波形上冲或下冲的的时间与初级主开关

管上冲或下冲的时间要相同。

动态响应速度快，一般初级开关管Vds

波形幅值也随着升高，所以从电源可靠性角图5动态响应波形

度来讲，较快的动态响应并不是很好，对于要求不是很高的系统，建议动态响应速度调慢一些。

具体到电源中动态响应的快慢还需视客户要求及使用电源的系统而定。

若对于带有精确监控电源输出电压的系统，此时为了降低动态响应过冲值，其响应时间一般都不会做太大，这样即使电源在带动态负载时，一部分输出电压已超出或低于系统监控的电压范围值，但若超出部分的时间小于监控芯片的最小动作时间，芯片也不会动作，这样有利于整个系统的可靠运行。

4.4影响环路的参数及调节

图3与图4相对应元器件对环路的影响基本是相同的，下面只针对图3的主要参数对环路的影响做一简单介绍。

图3中R1值越大，环路响应速度越快，过冲值会相应增大。

C1值越大，环路响应速度越慢，响应时间tr增加。

一般R1取值5K以上，C1取值102及以上。

C2值越大，环路响应越慢，一般C2取值在几百Pf左右，

以上参数调节还需视电路实际情况而定。

4.5PWM内部运放外围参数的调节

因2843系列1脚为补偿端，外接阻容元件以补偿误差放大器的频率特性。

2脚是反馈端，将取样电压加至误差放大器的反相输入端，再与同相输入端的基准电压进行比较，产生误差电压。

故1，2脚之间的参数对环路调节也很重要。

一般调节1，2脚之间参数的目的：

使电源增益降低，环路响应速度变慢，有利于环路的稳定性及电源的可靠性。

常用方式为1，2脚之间串联R，C。

R值越大，环路反应速度越快，C值越大，环路反应速度越慢。

为降低环路的响应速度，所以R一般取值几十欧姆及以下，C一般取值102及以上。

若根据电源的实际情况，需要较快环路响应速度的话，此R与C值也可与上述有一定偏差。

3846等16脚封装系列7脚﹑12脚与2843系列的1脚﹑2脚基本是相同的，调节方式同2843，在此省略。

4.6反馈环路的容差设计

1：

高低温

在电源所要求的高低温范围内（加入一定的余量）及输入电压范围内，检查电源环路的稳定性。

a：

看主开关管Vds波形是否振荡，

b：

其动态响应波形和电源常温下是否变化过大，电源做动态时是否经过更多的阻尼振荡才恢复，一般我司要求动态响应恢复过程中不超过2个振荡。

2：

大小载做动态

电源的大小载做动态响应是模仿满载开关机的情况。

做动态响应时其波形不可出现不停振荡恢复不了，初级主开关管ds电压超高等情况，以上情况在高低温及常温下均应满足。

3：

高低压

电源在要求输入的电压范围内做动态响应都不能出现更多的振荡及恢复不了等情况，动态响应波形可接受标准与额定输入电压时相同。

4：

电源并机动态实验

对有并机要求的电源除单个电源需满足要求外，并机后的电源系统也需满足以上要求。