平均電流模式的工作原理及特點

圖1為平均電流模式的控制系統圖，K為檢測電流放大器，CEA為電流誤差放大器，VEA為電壓誤差放大器。輸出電壓通過分壓電阻器接到電壓誤差放大器的反相端，VEA同相端接參考電壓Vref，輸出的電壓誤差信號經VEA放大后輸出，電壓值為Vc。Vc連接到電流誤差放大器CEA的同相端，輸出電流信號由Rs取樣，經電流放大器K放大后，輸出到電流誤差放大器CEA的反相端，電流信號和輸出電壓誤差信號在電流誤差放大器CEA內進行比較然后放大，輸出為Ve，Ve送到PWM比較器的反相端，與PWM比較器的同相端的鋸齒波進行比較，輸出PWM關斷信號。振蕩電路產生PWM的開通時鐘信號，同時輸出信號給鋸齒波發生器以產生相應的鋸齒波。

電流信號為向上的鋸齒波，反相放大后，Ve為向下斜坡信號，Ve向下斜坡信號與鋸齒波向上斜坡信號相等時，PWM信號的關斷，如圖2所示。當輸入電壓的增加，電感電流信號上升的斜率提高，因此Ve的下降斜率更陡峭，從而使占空比變窄。電壓外環用于補償由負載變化引起的輸出電壓變化，由于電感電流由VEA處理，系統表現為一個單極點響應，從而簡化了電壓補償環路。

峰值電流模式中，電流檢測信號直接與電壓誤差信號進行比較，電流檢測信號沒有經過電流放大器的處理，因此峰值電流模式中，容易受到電流信號前沿尖峰噪聲的干擾。而平均電流模式中，輸出電流的波形帶有鋸齒波分量，與電壓誤差信號進行比較放大時，電流誤差放大器CEA的外接的補償網絡會對電流信號做平均化的處理，從而得到代表跟蹤平均電流的誤差信號控制PWM信號的關斷。此外，高頻的電流信號前沿尖峰噪聲會被濾除，PWM比較器之后的SR鎖存器可避免由噪聲引起的信號跳變，從而消除了由于噪聲尖峰而過早關斷MOSFET的可能。

由于Ve為向下的斜坡，這也意味著在反饋環中加入了一定的斜坡補償，從而避免次諧波振蕩，當占空比超過50%時不需要斜坡電壓補償。

由圖2可知，若Ve上升的斜率大于三角鋸齒波信號的斜率，系統失去交點將無法平衡，會發生諧振和不穩定，因此要控制電感電流的下降斜率，從而保證Ve上升的斜率必須小于三角鋸齒波信號的斜率，同時Ve信號的值也不能超過斜坡電壓。

電感電流的下降的斜率為：
di/dt = L*Vo

Ve上升的斜率為：
K*Rs*GCEA*Vo/L

Rs為電流檢測電阻，Ｋ為電流放大器增益，GCEA為CEA的增益，Vs為三角鋸齒波信號幅值，fs為開關周期。

若CEA是具有較高的輸出阻抗的跨導放大器，則補償的RC網絡可以直接連接到CEA的輸出端和地之間，
GCEA = Gm*RG

Gm為跨導放大器的跨導，RG為跨導放大器直流輸出阻抗，即跨導放大器輸出端所接ＲＣ補償網絡中的電阻。CEA的直流增益應該盡可能高，以精確處理直流輸出電流。對于直流，補償網絡中的電容相當于開路，CEA直流增益最大。

平均電流模式控制的優點：

（１）平均電感電流能夠高度精確地跟蹤電流信號。
（２）不需要斜坡補償。
（３）優越的抗噪聲性能。
（４） 適合于任何電路拓撲。
（５）容易調試。
（６）易于實現均流。
（７）高di/dt動態響應，適合低壓大電流輸出應用。

平均電流模式控制的缺點：

（１）電流放大器在開關頻率處的增益有最大限制。
（２）雙閉環放大器帶寬、增益等配合參數，設計調試復雜。

2 滯回電流模式的工作原理及特點

圖3為滯回電流模式的控制原理圖，滯回電流模式也是雙環控制，外環是電壓環，輸出電壓經分壓電阻器分壓后與參考電壓進行比較，然后經電壓誤差放大器放大，圖中為跨導型放大器，電壓誤差放大器的輸出信號為Vc，Vc連接到比較器A1的同相端和A2的反相端。A1比較器控制開關管的開通，A2比較器控制開關管的關斷。

電流檢測信號經電流放大器K放大后輸出為Vs，Vs連接到A1的反相端，同時Vs-IR*RR信號值連接到A1的同相端。

下面分析其工作過程：

（1）若初始的狀態是開關管導通，電感的電流線性上升，但是此時，Vs-IR*RR電壓低于Vc，Vs也電壓低于Vc，A2輸出低電平，A1輸出高電平，控制邏輯電路輸出上管的驅動信號，開關管導通。

（2）電感電流繼續上升，Vs的電壓上升，當Vs-IR*RR電壓低于Vc，同時，Vs電壓高于Vc，此時，A2輸出低電平，A1也輸出低電平，控制邏輯電路保持輸出上管的驅動信號，上開關管保持導通。

（3）當電感電流繼續上升，使Vs-IR*RR電壓高于Vc，Vs電壓也高于Vc，此時，A2輸出高電平，A1輸出低電平，控制邏輯電路關斷上管的驅動信號，上開關管關斷。

（4）開關管關斷后，電感電流下降，使Vs-IR*RR電壓低于Vc，Vs電壓高于Vc，此時，A2輸出低電平，A1輸出低電壓，控制邏輯電路保持開關管關斷。

（5）電感電流繼續下降，使Vs-IR*RR電壓低于Vc，Vs電壓也低于Vc，此時，A2輸出低電平，A1輸出高電壓，控制邏輯電路輸出上管的驅動信號，開關管導通，進入下一個開關周期，如此反復。
由上述原理可見，滯回電流模式為變頻控制，電流環產生二個檢測電壓信號。

滯回電流模式的優點:

（1）不需要斜坡補償。
（2）穩定性好，不會因為噪聲產生不穩定的振蕩。

滯回電流模式的缺點:

（1）需要對電感電流全周期的檢測和控制。
（2）變頻控制容易產生變頻噪聲，電感設計難以優化。