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    電壓模式與電流模式的比較與聯系、電流 電壓模式控制的優缺點-KIA MOS管

    信息來源:本站 日期:2019-01-22 

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    電壓模式與電流模式的比較

    電流

    科學上把單位時間里通過半導體任一橫截面的電量叫做電流強度,簡稱電流。通常用字母 I表示,它的單位是安培(安德烈·瑪麗·安培,1775年—1836年,法國物理學家、化學家,在電磁作用方面的研究成就卓著,對數學和物理也有貢獻。電流的國際單位安培即以其姓氏命名),簡稱“安”,符號 “A”,也是指電荷在導體中的定向移動。


    導體中的自由電荷在電場力的作用下做有規則的定向運動就形成了 電流。


    電源的電動勢形成了電壓,繼而產生了電場力,在電場力的作用下,處于電微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA,電學上規定:正電荷定向流動的方向為電流方向。金屬導體中電流微觀表達式I=nesv,n為單位體積內自由電子數,e為電子的電荷量,s為導體橫截面積,v為電荷速度。


    大自然有很多種承載電荷的載子,例如,導電體內可移動的電子、電解液內的離子、等離子體內的電子和離子、強子內的夸克。這些載子的移動,形成了電流。


    電壓

    電壓(voltage),也稱作電勢差或電位差,是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產生的能量差的物理量。其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所做的功,電壓的方向規定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國際單位制為伏特(V,簡稱伏),常用的單位還有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。此概念與水位高低所造成的“水壓”相似。需要指出的是,“電壓”一詞一般只用于電路當中,“電勢差”和“電位差”則普遍應用于一切電現象當中。


    電壓模式與電流模式的比較

    電流模式控制

    上述缺點比較突出,而且,由于電流模式控制使所有這些缺點均得以減輕,因此它一經推出便引起了設計師們的極大興趣,他們紛紛研究這種拓撲結構。由圖2 給出的示意圖可見,基本的電流模式控制只把振蕩器用作一個固定頻率時鐘,并用一個從輸出電感器電流中得到的信號替代了斜坡波形。

    電壓模式與電流模式的比較

    電流模式控制


    電流模式控制的優點

    1.由于電感器電流以一個由 Vi n - Vo所確定的斜率上升,因此對于輸入電壓的變化該波形將立即做出響應,從而消除了延遲響應以及隨著輸入電壓的變化而發生的增益變化。


    2.由于誤差放大器如今用于控制輸出電流而非電壓,因此輸出電感器的影響被降至最低,而且濾波器此時只給反饋環路提供了單個極點(至少在所關心的正常區域中)。與類似的電壓模式電路相比,這既簡化了補償,又獲得了較高的增益帶寬。


    3.采用電流模式電路的額外好處包括固有的逐個脈沖電流限制(只需對來自誤差放大器的控制信號進行箝位即可),以及在多個電源單元并聯時易于實現負載均

    盡管電流模式所提供的改進令人印象深刻,但這項技術也存在其特有的問題,必須在設計過程中予以解決。


    部分缺點

    1.如今有兩個反饋環路,因而增加了電路分析的難度。


    2.當占空比大于50%時,控制環路將變得不穩定,除非另外采取斜坡補償。


    3.由于控制調制基于一個從輸出電流中得到的信號,因此功率級中的諧振會將噪聲引入控制環路。


    4.一個特別討厭的噪聲源是前沿電流尖峰,通常是由變壓器繞組電容和輸出整流器恢復電流引起的。


    5.由于采用控制環來實施電流驅動,因此負載調整率變差,而且在多路輸出時需要耦合電感器以獲得可接受的交叉調制性能。


    于是,我們由上可以得出結論:雖然電流模式控制將放寬電壓模式控制的許多限制,但它也將給設計師帶來諸多新的難題。不過,利用從更近期的功率控制技術發展中所獲得的知識,人們對電壓模式控制進行了重新評估,結果表明:針對其主要缺點還有一些其他的校正方法,UCC3570便是業界的研發成果。


    重新審視電壓模式控制UCC3570對電壓模式控制所做的兩項主要改進是電壓前饋和較高頻率能力,前者用于消除輸入電壓變化的影響,后者則允許將輸出濾波器的極點置于標準控制環路帶寬范圍以上。電壓前饋是通過使斜坡波形的斜率與輸入電壓成正比來實現的。這提供了一個對應和校正的占空比調制,而無需反饋環路采取任何動作。結果是獲得了一個恒定的控制環路增益以及針對輸入電壓變化的瞬時響應。較高頻率能力是通過對該IC使用BiCMOS加工工藝而得以實現的,這產生了較小的寄生電容和較低的電路延遲。于是,電壓模式控制的許多問題都有所緩解,而并未招致電流模式控制的麻煩。


    電壓模式控制

    這是最早的開關穩壓器設計所采用的方法,而且多年來很好地滿足了業界的需要?;镜碾妷耗J娇刂婆渲檬居趫D1。

    電壓模式與電流模式的比較

    電壓模式控制


    這種設計的主要特性是只存在一條電壓反饋通路,而脈寬調制是通過將電壓誤差信號與一個恒定斜坡波形進行比較來完成的。電流限制必須單獨執行。


    電壓模式控制的優點

    1. 采用單個反饋環路,因而比較容易設計和分析。


    2. 一個大幅度斜坡波形提供了用于實現穩定調制過程的充分噪聲裕量。


    3 . 一個低阻抗功率輸出為多輸出電源提供了更加優良的交叉調制性能。


    電壓模式控制的缺點

    1.電壓或負載中的任何變化都必須首先作為一個輸出變化來檢測,然后再由反饋環路來校正。這常常意味著緩慢的響應速度。


    2.輸出濾波器給控制環路增加了兩個極點,因而在補償設計誤差放大器時就需要將主導極點低頻衰減,或在補償中增加一個零點。


    3.由于環路增益會隨著輸入電壓的變化而改變,因而使補償進一步地復雜化。


    選擇電路拓撲結構

    以上所有的討論均不應給您留下“電流模式控制不再有用武之地”的印象——而只應是“在當今的環境中,電流模式和電壓模式這兩種拓撲結構都可以是適用的選擇”。針對每一種特定的應用,某些設計依據有可能表明這一種或另一種拓撲結構更加適合。部分設計依據概述如下:


    在以下場合可考慮使用電流模式:

    1.電源輸出將是一個電流源或非常高的輸出電壓。


    2.對于某個給定的開關頻率,需要最快的動態響應。


    3.應用針對的是一個輸入電壓變化相對受限的DC/DC轉換器。


    4.需要可并聯性(parallelability)和負載均分的模塊化應


    5.在變壓器磁通平衡很重要的推挽電路中。


    6.在要求使用極少組件的低成本應用中。


    而在以下場合中則可以考慮使用具前饋的電壓模式:

    1.有可能存在很寬的輸入電壓和/或輸出負載變化范圍。


    2.特別是在低電壓-輕負載條件下,此時,電流斜坡斜率過于平緩,不利于實現穩定的PWM操作。


    3.高功率應用和/ 或噪聲應用(這里,電流波形上的噪聲將難以控制)。


    4.需要多個輸出電壓以及較好的交叉調制性能。


    5.可飽和電抗器控制器將被用作輔助次級側穩壓器。


    6.需要避免雙反饋環路和/或斜坡補償之復雜性的應用。


    按照這些設計依據,UCC3750針對中低功率、隔離、初級側控制應用進行了優化(借助隔離型前饋)。除了上述的控制特性之外,該器件還針對此類工作在性能方面實現了諸多的提升。不過,鑒于這并非本文的討論議題,感興趣的讀者可以查閱該產品的數據表以了解更多的相關信息。


    電流與電壓的關系

    電流是由電壓產生的,因此有電流必須要有電壓。


    相反,有電壓不一定有電流,例如一節電池放置在地上,電池的正負極存在電壓,但卻沒有電流;又如一根導體棒在沒有回路的情況下切割磁感線,會產生感應電壓卻沒有感應電流。


    因此我們引入了電阻的概念,也有了電流的決定式I=U/R,電流由電壓和電阻共同決定,不能只看一個。電壓越大電流越大,電阻越大電流越小。


    上面的兩個例子,都是因為電壓存在,但是電阻太大(正負極連接的是一段空氣,電阻很大),所以認為產生的電流可以忽略。


    至于不存在電壓,物體不帶電就可以了嘛??墒沁@樣是一定沒有電流的。



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