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功率電感:Buck變換器的電流取樣電阻放置位置分析(二)

2014/8/25

  前面的討論知道:在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期,續(xù)流回路即低端的開(kāi)關(guān)管流過(guò)的電流波形為下降階段的梯形狀波形。對(duì)于這種電流模式常稱為谷點(diǎn)電流模式。和峰值電流模式一樣,谷點(diǎn)電流模式反饋也有二個(gè)環(huán)路:一個(gè)電壓外環(huán),另一個(gè)是電流的內(nèi)環(huán)。其工作原理如下:的主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通,電感激磁,電流線性上升; MOSFET的導(dǎo)通一段固定的時(shí)間,此時(shí)間由 PWM 設(shè)定。當(dāng) MOSFET 關(guān)斷后,低端MOSFET 導(dǎo)通,此時(shí)電感開(kāi)始去磁,電流線性下降。注意到低端 MOSFET 的電流隨著時(shí)間線性下降,電流檢測(cè)電阻的電壓信號(hào)也線性下降,由于此時(shí)電壓外環(huán)的輸出電壓信號(hào)低于電流檢測(cè)電阻的電壓,電流比較器輸出為低電平。當(dāng)電流檢測(cè)電阻的電壓信號(hào)繼續(xù)下降,直到等于電壓外環(huán)的輸出電壓信號(hào)時(shí),電流比較器的輸出翻轉(zhuǎn),從低高電平翻轉(zhuǎn)為高電壓,邏輯控制電路工作,關(guān)斷低端的續(xù)流開(kāi)

  關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào),的主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通,此時(shí)電感開(kāi)始激磁,電流線性上升,進(jìn)入下一個(gè)周期,如此反復(fù)。

  注意的是:的主開(kāi)關(guān)管和低端的同步續(xù)流管之間要設(shè)定一定的死區(qū)時(shí)間防止上下管的直通。

  谷點(diǎn)電流模式具有寬輸入電壓、低占空比、易檢測(cè)電流和快速負(fù)載響應(yīng)。在占空比小于 50%時(shí)需要斜坡補(bǔ)償。負(fù)載響應(yīng)快速的原因在于谷點(diǎn)電流模式從當(dāng)前的脈沖周期響應(yīng),而峰值電流模式從下一個(gè)脈沖周期響應(yīng)。當(dāng)輸入和輸出電壓變化時(shí),若 MOSFET 的導(dǎo)通的時(shí)間固定不變化,那么系統(tǒng)將工作在變頻模式,不利于功率電感的優(yōu)化工作。因此在 PWM 內(nèi)部需要一個(gè)前饋電路,使 MOSFET 的導(dǎo)通時(shí)間隨輸入電壓成反比的變化,隨輸出電壓成正比的變化,從而維持在輸入電壓變化和負(fù)載變化時(shí),變換器近似的工作于定頻方式。如果采用低端續(xù)流功率 MOSFET 的導(dǎo)通電阻作為電流取樣電阻,這樣可以省去額外的電流取樣電阻,從而提高效率。同樣,由于 MOSFET 的導(dǎo)通電阻值比較分散,而且隨溫度的變化也會(huì)在較大范圍內(nèi)波動(dòng),因此電流取樣的精度差。但這種配置通常應(yīng)用于高輸入電壓,低輸出電壓及大輸出電流的變換器。

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