Buck基于变占空比的PWM调制概览

2023-3-23 14:41:06 854 PWM波变换器 LLC 调制器

0 　　PWM调制概览　　一般情况下，不同的DC-DC拓扑有如下PWM调制策略：　　增益受占空比（或等效占空比，如隔离DC-DC的PWM移相）控制，如经典的基本PWM变换器Buck，Boost，Buck-Boost及其衍生的各种隔离PWM拓扑，往往采用固定频率而改变占空比的控制，即PWM调制；　　增益受频率控制，如经典的串联/并联/LLC谐振变换器，往往采用固定占空比而改变频率的控制，即PFM调制；　　更高级的，增益同时受占空比和频率控制，如移相型LLC，谐振型DAB双有源桥等，可称为PWM/PFM混合调制。同时改变占空比和频率的控制方式十分多样，基于波形比较产生触发信号，从而无差别对待各类拓扑的滞环Bang-Bang控制，仅从调制效果上看也属这类。　　综上，从宏观上看，功率变换器存在三种调制策略：PWM，PFM，PWM/PFM混合调制。但要注意，这是仅从PWM波形调制的最终效果上来看进行的分类，并不意味着某种拓扑就必然对应某种调制方式。　　将不同调制方式和不同拓扑的控制进行混搭，有时可取得意想不到的优势。　　Buck基于变占空比的PWM调制　　本文仅讨论Buck变换器，在稳态下，实现定频变占空比PWM调制的情况。　　稳态下的PWM，电感电流，和输出电容（包含ESR和ESL）各部分电压的细节波形如下。　　通过观察得到两个结论：　　PWM从低变高恰对应电感电流iL上升时刻，从高变低恰对应电感电流iL下降时刻，为了实现快速而直接的控制，PWM调制器可借助iL峰谷值和阈值进行比较，从而决定开或者关的时刻。　　当输出电容的ESR分量占纹波主导地位时，输出电容电压的波形和电感电流iL的波形，在峰谷值和相位上均十分接近，可用输出电压的波动信息（电压纹波）代替电感电流的波动信息（电流纹波）进行控制。　　在最传统的平均模式PWM控制中，无论是单环的电压模式（Voltage Mode，VM）控制，还是双环的平均电流模式（Average Current Mode，ACM）控制，PWM调制器利用平均电压或者电流的信息，经过环路补偿器，均得到基于平均值的控制信号，再去和固定频率的载波（记为ramp）比较，生成PWM波。　　根据载波的形状，分为前沿，后沿和双沿调制。这三种调制对平均值的控制信号来说是等效的，其低频的小信号模型也完全一致。　　但是，其高频行为是不同的，高频小信号的差异，可能引起不同的高频行为和高频稳定性问题，本文中不予深入探讨。在模拟控制中，因为前沿调制的实现逻辑较为简单直观，后文将以前沿调制的载波为例进行归纳总结。　　上文也提到，由于电感电流iL的峰谷值点总是对应了PWM波ON和OFF的时刻，PWM调制器可以借助iL峰谷值和阈值进行比较，从而决定开或者关的时刻。在一个开关周期内，当开或者关时刻点的其中之一被约束，那么为了实现定频PWM控制，另一个时刻点就要用固定频率的CLK或者定时器来稳定触发。　　经典的双环的峰值电流（Peak Current Mode，PCM）控制就是这样实现的。它总是在电感电流iL的峰值达到阈值后关断，而利用定频CLK固定周期地开启一个新的开关周期。　　类似地，拓展这种思路，我们可以穷举所有基于纹波峰谷值比较的，PWM调制方法：　　电流峰值点控制　　电流谷值点控制　　电流的峰谷值点同时控制（即滞环Bang-Bang控制）　　当输出电容的ESR主导纹波时，电流纹波对应的峰谷值，可以用电压纹波的峰谷值代替，从而把电流模式控制变为电压模式控制　　除了滞环控制无法约束为固定的开关周期，基于纹波峰值或者谷值的调制方式，只要另一侧的ON/OFF采取定频CLK或者计时器决定固定（非绝对固定，可根据外部参数自适应变化）的ON/OFF的时间，PWM调制器就可以完成定频变占空比的控制。　　Buck转换芯片常用的恒定导通时间（Constant On-time，COT）控制，和Boost转换芯片常用的恒定关断时间（Fixed/Consant Off-time，FOT或CFT）控制便是采取了这样的思路。　　这个“恒定”同样并非绝对的恒定，可根据外部参数自适应变化，从而实现稳态固定开关频率运行。这类稳态定频，暂态变频的PWM调制方式，也称为“伪定频”，严格意义上说仍然表现出被PFM混合的特性。　　Buck的PWM调制与控制总结　　定频载波和定频的电感电流均为三角波，形状类似。如果把平均值控制中，定频的载波也看做等同电感电流的纹波，统一记作Ramp，从而归纳如下针对Buck的PWM调制方式和对应控制方法。　　基于固定频率CLK的“真”定频　　从左到右依次为：　　电压模式（Voltage Mode，VM）控制，　　平均电流模式（Average Current Mode，ACM）控制　　峰值电流模式（Peak Current Mode，PCM）控制　　谷值电流模式（Valley Current Mode，VCM）控制　　基于自适应计时器的“伪”定频　　从左到右依次为：　　恒定导通时间（Constant On-time，COT）电压谷值模式控制　　恒定导通时间（Constant On-time，COT）电流谷值模式控制　　恒定关断时间（Consant Off-time，FOT）电压峰值模式控制　　恒定关断时间（Constant On-time，FOT）电流峰值模式控制　　完全基于比较的变频　　有如下形式：　　电压模式滞环Bang-Bang控制　　电流模式滞环Bang-Bang控制　　总结常见PWM调制所对应的控制方法如下原作者：泡瓦伊莱克超尼克斯 0
2023-3-23 14:41:06　　评论淘帖0 举报相关推荐 • Buck基于变占空比的PWM调制 4943 • DCDC转换原理PWM占空比调制概述 7090 • 什么是pwm占空比，pwm占空比详解 40173 • 什么是脉冲宽度调制？使用按键来控制PWM的占空比 2920 • buck电路如何调整占空比？ 6048 • 占空比与脉宽调制（PWM）基本原理 3355 • 精确PWM占空比箝位 0 • pwm占空比和电压的关系 pid输出和pwm占空比怎么联系 6380 • buck电源最小占空比的作用 488 • 详解PWM原理、频率与占空比 5835