电流模式环路的调节

开关电源电流模式环路调节

深圳市核达中远通电源技术有限公司SHENZHEN HOLDLUCK-ZYT SUPPLY TECHNOLOGY CO., LTD. . 文件编号：WI-RD-111 文件名称：电流模式电源环路调试作业指导书 第1 页 共7页 版次：00

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：

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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 定时电阻 R 定时电容

(KΩ ) C(PF) KHz 0.82K//3K3 682//682 0.82K 100K 1K 1K2 0.82K//3K3 0.82K 150K 1K 1K2 0.82K//3K3 0.82K 200K 1K 1K2 (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 定时电阻 定时电容 R(KΩ ) C(PF) 18K 152 20K 152 103//332 103//222 682//332 682//222 562//332 472//332 682 682 332//332 472//102 332/222

开环最大百分比 45% 60% 68% 73% 45% 60% 68% 73% 45% 60% 68% 73%

振荡频率 f KHz 74K 68K

开环最大百分比 46% 47%

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深圳市核达中远通电源技术有限公司SHENZHEN HOLDLUCK-ZYT SUPPLY TECHNOLOGY CO., LTD. . 文件编号：WI-RD-111 文件名称：电流模式电源环路调试作业指导书 第3 页 共7页 62K ... ... 108K 100K 92K 22K ... ... 18K 20K 22K 152 ... ... 102 102 102 版次：00 49% ... ... 46% 47% 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。

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深圳市核达中远通电源技术有限公司SHENZHEN HOLDLUCK-ZYT SUPPLY TECHNOLOGY CO., LTD. . 文件编号：WI-RD-111 文件名称：电流模式电源环路调试作业指导书 第4 页 共7页 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。 版次：00

R2

R2

图 1 UC2843 等系列斜坡补偿处电路

图 2 UC2846 等系列斜坡补偿处电路

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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 4.3 动态响应的概念与波形介绍

图 4 利用 431 作反馈稳压的电路图

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，

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深圳市核达中远通电源技术有限公司SHENZHEN HOLDLUCK-ZYT SUPPLY TECHNOLOGY CO., LTD. . 文件编号：WI-RD-111 文件名称：电流模式电源环路调试作业指导书 第6 页 共7页 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 版次：00

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。 4.5 PWM 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。

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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。

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