滯環電流控制作為開關電源中電流型控制(Current Mode Control)的一種,可以改善開關電源的動態響應。它實際上是電壓環和電流環雙閉環控制系統,電壓閉環負反饋可以實現穩定的輸出電壓,獲得較好的負載調整率,電流閉環負反饋可以實現對輸入電壓變化的快速響應。本文以實際項目為例從滯環電流上、下限值的設定,到電感、MOS的選擇等全過程詳細分析,參考資料已附加至文末,歡迎交流學習。
滯環電流的上、下限以及滯環值會影響Boost開關電源的輸出建立時間、開關頻率等,較小的滯環電流值無法滿足最大輸出功率,較大的滯環電流雖然能夠滿足功率需求,但是對與電感、MOS的電流值有較高的要求,較大電流值的電感體積就會增大,因此需要綜合選擇。
本例以輸出電壓60V,輸出功率200W的Boost電源電壓為例,針對滯環電流各個參數設計及元器件選型依據逐步進行說明。
1、參數要求
輸入參數主要包括輸入電壓值、輸出功率要求、滯環電流、輸出電壓以及轉換效率等
2、根據Boost電源最大輸出功率及輸入電壓,可得在最惡略情況下,滯環電流持續整個工作周期,可得滯環電流最小上、下限值
考 慮 到 Boost開 關 電 源 損 耗 及 效 率 的 變 化 , 設 置 滯 環 電 流 最 小 值 13A, 最 大 值 17A
3、考 慮 結 構 散 熱 限 制 , 設 置 工 作 頻 率 200kHz
考 慮 到 電 感 誤 差 及 參 數 變 化 , 選 擇 16μ H電 感,確定電感及滯環電流后,可以確定在現有選型情況下的理論工作頻率
4、確定Boost電源工作效率前,首先需要計算開關管的開通和關斷時間,根據電流、電壓等要求選擇合適的一款開關管,進一步計算在實際應用工況下的理論開通和關斷時間,確定開關損耗。
電感不僅存在由于其等效直流電阻帶來的損耗,同時由于其磁損的存在,也會增加開關電源的損耗。關于磁損可以根據電感供應商的計算方法進行計算。
二極管的損耗主要由導通損耗決定,這里不再贅述。
通過前面的各項損耗計算,可以得到理論的轉換效率,當然實際轉換效率必然有所差距。
綜上,Boost滯環電流控制作為電流控制的一種控制方式,它與定頻控制存在不同之處。它是通過采樣電感電流,并與給定的電感電流上限、下限電流值進行比較,當變換器電感電流大于上限電流時,PWM輸出低電平,關斷開關管,電感電流下降;當電感電流下降到下限值時,PWM輸出高電平,打開開關管,電感電流開始上升,如此往復。由于電感電流上升敦豪下降斜率與負載輕重、輸入電壓有關,因此開關頻率不固定,屬于變頻控制的一種。