4.4 电流型控制

我们知道，通过电压负反馈可实现稳压，使开关变换器成为电压源。同理，应用电流负反馈原理可实现稳流，使开关变换器成为电流源。为了改善开关稳压电源的动态响应，可采用混合电压、电流负反馈，传统上称为电流型控制（current-mode control）。1972年F.C.Shiwarz提出了电流型控制原理。图4.9给出了电流型控制的开关电源电路图。

电流型控制是开关稳压电源的专用名词，有特定含义，它是一种电压、电流双环控制，内环为电流负反馈环，外环为电压负反馈环。外环中，电压误差放大器输出的控制电压Vc，作为内环电流基准（给定）。检测的电流信号与给定值间的误差经放大后，经过触发器产生占空比d。对于恒频系统，每个开关周期开始时，由时钟信号触发功率开关管导通，当检测的电流信号等于给定值Vc时，触发器翻转，开关管关断。因此，只要系统中的电流稍有变化，占空比就可以较快地产生调节作用，使输出电压Vo接近给定Vref。

电流检测元件可用电流互感器或电阻。用电阻检测电流较简单，如200mΩ电阻，若通过2.5A电流可得500mV信号。若阻值过大，增加电路功耗；若阻值过小，则信号幅值小，信噪比低。开关电源电压型和电流型两种控制的比较见表4.2。

表4.2 开关电源电压型和电流型两种控制的比较

实现电流型控制可用集成控制芯片，如UC3842、UC3846、UC3825等。图4.10（a）所示为电流型控制的DC-DCBuck变换器，图中未画出电压环，这是峰值电流型控制。被检测的开关电流按一定斜率上升，到达峰值时与给定电流值相交，比较器翻转，开关管关断，决定了占空比d。图4.10（b）中，给定电流是周期性斜坡函数。

电流型控制的优点是：除了改善开关电源的动态性能外，还可以实现快速过电流保护，有自动限流能力，并容易实现多个开关变换器的并联均流等。

根据电流检测方式的不同，电流型控制有三种形式，具体见表4.3。

表4.3 电流型控制的三种形式

1.峰值电流控制

1978年C.W.Deisch等提出峰值电流控制，见图4.10，它是一种最常用的电流型控制。实际上，开关管或电感的电流峰值是相同的，但检测开关电流峰值较容易，被检测的电流峰值与给定值的相交点决定了占空比d。其优点是改善动态性能，可实现峰值电流保护等；缺点是不能准确控制电感的平均电流，电流环直流增益小，回路增益对电网电压变化敏感，有开关噪声（开通电压尖峰）等。更重要的是，在恒频情况下，当占空比d=0.5时，电流环会出现不稳定现象。电流环增益随占空比d而变，为此需外加周期性斜坡函数补偿，称为补偿斜坡，使系统稳定，见图4.10（b）。外加补偿斜坡与被测电流共同输入到比较器，与给定值Vc比较。

2.平均电流型控制

平均电流型控制最早应用于功率因数校正装置，1987年由B.L.Wilkinson提出，并获得专利。图4.11以DC-DC Buck开关变换器为例，给出平均电流型控制的电路原理图，图中未画出电压环。

平均电流型控制被检测的是电感电流iL，其平均值。一般是通过积分网络，即在电流误差放大器上并联积分电容。iL经积分后的值∫iLdt与iL平均成正比。

积分网络还可加大直流增益。为了扩大频带，误差放大器上还并联RC网络，称为超前补偿网络。平均电流型控制较适用于Boost功率因数校正、电池充电控制、太阳能电池电源等系统。其优点是，高频噪声已被积分-超前补偿网络滤除，因此无开关噪声问题；缺点是必须检测电感电流。

1994年W.Tang建立了平均电流型控制开关变换器的瞬态分析模型。

3.滞环电流型控制

图4.12以DC-DC Buck开关变换器为例，给出了滞环电流型控制（hysteretic control）的电路原理图，图中也未画出电压环。滞环电流型控制同样检测电感电流，与给定值Vc比较后，输入给滞环逻辑元件。

为实现滞环电流型控制，设定上、下限值Vcmax和Vcmin。当被检测电流达到下限Vcmin时，逻辑元件输出跳跃上升，使功率开关管开通，电感电流增大；反之，当被检测电流达到上限Vcmax时，逻辑元件输出跳跃下降，使功率开关管关断，电感电流减小。被检测的电感电流决定了开关管关断、开通的时间。

滞环电流型控制可用于变频系统，如电动机传动等。