将式(10)进行拉氏变换得
(s)=
(11)
一般认为在开关频率的频带范围内输入电压是恒定的,即可假设=0并将其代入式(5),将式(5)进行拉氏变换得
sL(s)=d(s)Uin-
(s) (12)
由式(11),式(12)得
=Uin
(13)
=
·
(14)
式(13),式(14)便为Buck电路在电感电流连续时的控制-输出小信号传递函数。
2 电压模式控制(VMC)
电压模式控制方法仅采用单电压环进行校正,比较简单,容易实现,可以满足大多数情况下的性能要求,如图2所示。
图2中,当电压误差放大器(E/A)增益较低、带宽很窄时,Vc波形近似直流电平,并有
D=Vc/Vs(15)
d=/Vs(16)
式(16)为式(15)的小信号波动方程。整个电路的环路结构如图3所示。
图3没有考虑输入电压的变化,即假设=0。图3中,
(一般为0)及
分别为电压给定与电压输出的小信号波动;KFB=UREF/Uo,为反馈系数;误差e为输出采样值偏离稳态点的波动值,经电压误差放大器KEA放大后,得
;KMOD为脉冲宽度调制器增益,KMOD=d/
=1/Vs;KPWR为主电路增益,KPWR=
/d=Uin;KLC为输出滤波器传递函数,KLC=
。
图2 电压模式控制示意图和相关波形
图3 开关电源的电压模式控制反馈环路图
在已知环路其他部分的传递函数表达式后,即可设计电压误差放大器了。由于KLC提供了一个零点和两个谐振极点
,因此,一般将E/A设计成PI调节器即可,KEA=KP(1+ωz/s)。其中ωz用于消除稳态误差,一般取为KLC零极点的1/10以下;KP用于使剪切频率处的开环增益以-20dB/十倍频穿越0dB线,相角裕量略小于90°。
VMC方法有以下缺点:
1)没有可预测输入电压影响的电压前馈机制,对瞬变的输入电压响应较慢,需要很高的环路增益;
2)对由L和C产生的二阶极点(产生180°的相移)没有构成补偿,动态响应较慢。
VMC的缺点可用下面将要介绍的CMC方法克服。
3 平均电流模式控制(Average CMC)
平均电流模式控制含有电压外环和电流内环两个环路,如图4所示。电压环提供电感电流的给定,电流环采用误差放大器对送入的电感电流给定(Vcv)和反馈信号(iLRs)之差进行比较、放大,得到的误差放大器输出Vc再和三角波Vs进行比较,最后即得控制占空比的开关信号。图4中Rs为采样电阻。对于一个设计良好的电流误差放大器,Vc不会是一个直流量,当开关导通时,电感电流上升,会导致Vc下降;开关关断,电感电流下降时,会导致Vc上升。电流环的设计原则是,不能使Vc上升斜率超过三角波的上升斜率,两者斜率相等时就是最优。原因是:如果V