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摘 要：我们身处电子信息时代，PWM开关电源的推广已经成为共识。伴随着我国电子信息产品对于开关电源性能的要求越来越高，于电流控制方式的PWM开关电源的高精度控制也将成为一种实际需求。鉴于此，笔者以电流控制方式作为基础，针对PWM开关电源设计展开深入浅出的探讨与分析，并为关注此课题的专业技术人员提供一些有价值的参考。
关键词：电流控制方式；PWM；开关电源；设计
随着国家政策的倾斜，我国电力的发展越来越快，对开关电源性能的要求也越来越高。基于电流控制方式的PWM开关电源是一种高精度控制的形式，利用该设计形式可以保证配电系统输出电压、电流的稳定性，由此确保整个供配电系统具备相对较好的动态响应性和输出稳定性。下面，主要针对基于电流控制方式的PWM开关电源设计展开讨论，以便可以实现更好的开关电源设计。
1 开关电源的控制方式
开关电源的实质是完成DC-DC变换过程的一套系统，其构成部件主要涉及主电路和控制电路两个方面。由于PWM电流控制开关电源使其开关动作始终受到固定脉冲波控制，所以它的脉宽也将根据负载与输入电压值的变化而变化。基于电流控制方式的PWM开关电源的电路控制须依仗开关控制通断，从而实现利用输出电压调节并控制主电路的整体工作。究其控制的参数而言，开关电源控制的方式主要涉及电路模式和电压模式两种。电流模式则涉及平均电流模式和峰值电流模式两种，且电流模式在实现高精度跟踪电流设定值方面具有良好效果，且对电流放大装置具有增益效果，并能在任何一套电路中实现拓扑应用。与此同时，平均电流模式不需要斜坡补偿，因而在PWM开关电源设计中可以优先考虑选用平均电流控制模式。
2 基于電流控制方式的PWM开关电源的设计
2.1 设计思路
基于电流控制方式的PWM开关电源设计根本是将电压电流的平均值设定为电流控制内涵的控制信号，然后利用控制信号实现对整个开关电源的控制。在开关周期内，电感电流的积分值和电流的平均值呈正比关系。因此，利用控制电流积分值可以有效控制电感电流的平均值。比如，于Buck型开关电源内设定恒定的输入电压，也就是说明它可以完全忽略输出电压纹波。利用电流控制环路可增加部分调解积分的电流误差放大装置，即可完成对平均电流的控制。于某个开关周期中，也可利用电流误差放大装置对电路输入端电压并确定平均电流值，利用对电阻电压信号的检测取样又可取得电感电流的实际值。然后，将以上取得的电感电流实际值输送到电路误差放大装置，使得电感引起的高频达到极点，从而实现电流高频噪声的有效抑制。与此同时，计算比例积分，且选用适宜的电路参数，即可保障整个电路具备良好的稳定性。
2.2 系统建模
基于电流控制方式的PWM开关电源的设计应以维持输出电压或输出电流的稳定为前提条件，利用负反馈控制和Buck型电路作为建模基础。与采用峰值电流模式的PWM开关电源相比而言，平均电流模式还需在开关电源中配置一套电流调节装置。另外，电路系统功率控制应构建一种功率级模型，该模型包括多组输出变量与输出变量，其主要目的在于获取占空比于输出电压或电感电流之间的相互控制关系，也能掌握输入电压于以上二者参数之间的相互作用关系。当前，不同种开关电源的主电路连接形式有所不同，不同物理量的相互关系于功率级电路内仍然维持原状。因此，可利用开关级等效电路嵌入PWM开关电源拓扑结构的方式构建功率级模型。然后，又可在功率级模型的基础之上对控制回路予以建模。控制回路则主要由电流检测部件、电流调节装置、电压调节装置、电阻分压装置和占空比调制装置组成。电流检测部件则由电流检测放大装置和电感元件以串联方式构成，可实现闭环变压的放大功用。电流调节装置则由电阻电容网与运放系统构成，可接收电流检测部件两组输入信号，且同时又能利用电流信号运算实现调节电流的作用。控制回路内仍需通过占空比调制装置来接收调节装置运算数据并得到输出电压值和斜坡输入电压值，最后可以获知占空比变量和电压信号二者之间的联系。在该环节中，电流的斜率与幅度将发生较大的变化，因而可以完全实现对电流的有效控制。同时，利用运算获得的模块传递函数便可构建起平均电流控制模型下的PWM开关电源系统模型。
另外，若电压环处于开路状态下，可应用Ti（s）来定义电流环开环环路电流的增益传递函数。在分析电流增益函数以后，可为系统电流调节装置的整个回路提供有价值的参数依据，从而保证电路系统的稳定性和高效性。电压负反馈环在断开状态下，电流环路的增益可由Ti（s）=TpiR1GCL（s）Fm公式计算。电压环处于断开或电流环处于闭合状态下，输入信号则为控制电压V0，输出信号则为负载电压V0，且控制电压则为控制负载电压。由已构建的系统模型可实现电流环路的低频增益、相位裕度和截止频率的具体反映，也可提升整个电路系统的高精度控制。同时，在设计实际电路系统中，通过对应实际电路的构造结构与模型环节便能确保整个电路系统设计的高精度控制。
2.3 仿真分析
本节仿真分析的主要目的在于对已构建系统模型的精度控制予以验证，利用Matlab数学模型绘制系统控制电压于输出电压的传递函数Bode图形。利用以上方式，即可设计出一组30V/50全桥开关电源，其开关的频率则为20kHz，而输入电压的变化率可保证处于±10%范围内。同时，开关电源滤波电容约为1000Μf，滤波电感则为1Μh。通常情况下，开关电源的相角不小于45°，因而可以保证电路系统的良好稳定性。与此同时，电路系统在穿越频率方面较高，因而保证了电路系统具有良好的高效性。另外，电路系统外部存在干扰电压，整个电路系统的输出电压将继续维持稳定。最终，我们所设计的基于电流控制方式的PWM开关电源是一种兼具稳定性与高效性的元件，只有具备良好的系统稳定性和高效性才能确保整个电路系统具有应有的动态响应特征。
3 结束语
随着我国电力需求日益增加以及电力市场不断完善，开关电源设计工作逐步趋于完善。基于电流控制方式的PWM开关电源设计可获取一种以平均电流PWM开关电源建模方案，在其设计过程中通过功率级传递函数构建与之相应的数学仿真模型，并通过Matalb对响应的数学仿真模型予以验证，并根据该模型完成系统设计。经系统建模、仿真分析两个重要步骤得出的平均电流PWM开关电源具备良好的系统稳定性和动态响应特征，可以满足各类电路系统的需求，希望借此论文为广大同行朋友提供一些可供参考的依据。
参考文献
[1] 解凌云，丁然.移相控制软切换PWM开关电源设计[J].鞍山钢铁学院学报，2012，（02）：98-101.
[2] 杨幼松.基于移相全桥软开关PWM变换器的数字开关电源的研究与设计[J].中南大学，2010，（03）：203-204.
[3] 王佳曦，王毅.一种基于DSP和次级箝位ZVZCS-PWM变换器的开关电源的研究[J].机械与电子，2009，（08）：12-15.
关键词：电流控制方式；PWM；开关电源；设计
随着国家政策的倾斜，我国电力的发展越来越快，对开关电源性能的要求也越来越高。基于电流控制方式的PWM开关电源是一种高精度控制的形式，利用该设计形式可以保证配电系统输出电压、电流的稳定性，由此确保整个供配电系统具备相对较好的动态响应性和输出稳定性。下面，主要针对基于电流控制方式的PWM开关电源设计展开讨论，以便可以实现更好的开关电源设计。
1 开关电源的控制方式
开关电源的实质是完成DC-DC变换过程的一套系统，其构成部件主要涉及主电路和控制电路两个方面。由于PWM电流控制开关电源使其开关动作始终受到固定脉冲波控制，所以它的脉宽也将根据负载与输入电压值的变化而变化。基于电流控制方式的PWM开关电源的电路控制须依仗开关控制通断，从而实现利用输出电压调节并控制主电路的整体工作。究其控制的参数而言，开关电源控制的方式主要涉及电路模式和电压模式两种。电流模式则涉及平均电流模式和峰值电流模式两种，且电流模式在实现高精度跟踪电流设定值方面具有良好效果，且对电流放大装置具有增益效果，并能在任何一套电路中实现拓扑应用。与此同时，平均电流模式不需要斜坡补偿，因而在PWM开关电源设计中可以优先考虑选用平均电流控制模式。
2 基于電流控制方式的PWM开关电源的设计
2.1 设计思路
基于电流控制方式的PWM开关电源设计根本是将电压电流的平均值设定为电流控制内涵的控制信号，然后利用控制信号实现对整个开关电源的控制。在开关周期内，电感电流的积分值和电流的平均值呈正比关系。因此，利用控制电流积分值可以有效控制电感电流的平均值。比如，于Buck型开关电源内设定恒定的输入电压，也就是说明它可以完全忽略输出电压纹波。利用电流控制环路可增加部分调解积分的电流误差放大装置，即可完成对平均电流的控制。于某个开关周期中，也可利用电流误差放大装置对电路输入端电压并确定平均电流值，利用对电阻电压信号的检测取样又可取得电感电流的实际值。然后，将以上取得的电感电流实际值输送到电路误差放大装置，使得电感引起的高频达到极点，从而实现电流高频噪声的有效抑制。与此同时，计算比例积分，且选用适宜的电路参数，即可保障整个电路具备良好的稳定性。
2.2 系统建模
基于电流控制方式的PWM开关电源的设计应以维持输出电压或输出电流的稳定为前提条件，利用负反馈控制和Buck型电路作为建模基础。与采用峰值电流模式的PWM开关电源相比而言，平均电流模式还需在开关电源中配置一套电流调节装置。另外，电路系统功率控制应构建一种功率级模型，该模型包括多组输出变量与输出变量，其主要目的在于获取占空比于输出电压或电感电流之间的相互控制关系，也能掌握输入电压于以上二者参数之间的相互作用关系。当前，不同种开关电源的主电路连接形式有所不同，不同物理量的相互关系于功率级电路内仍然维持原状。因此，可利用开关级等效电路嵌入PWM开关电源拓扑结构的方式构建功率级模型。然后，又可在功率级模型的基础之上对控制回路予以建模。控制回路则主要由电流检测部件、电流调节装置、电压调节装置、电阻分压装置和占空比调制装置组成。电流检测部件则由电流检测放大装置和电感元件以串联方式构成，可实现闭环变压的放大功用。电流调节装置则由电阻电容网与运放系统构成，可接收电流检测部件两组输入信号，且同时又能利用电流信号运算实现调节电流的作用。控制回路内仍需通过占空比调制装置来接收调节装置运算数据并得到输出电压值和斜坡输入电压值，最后可以获知占空比变量和电压信号二者之间的联系。在该环节中，电流的斜率与幅度将发生较大的变化，因而可以完全实现对电流的有效控制。同时，利用运算获得的模块传递函数便可构建起平均电流控制模型下的PWM开关电源系统模型。
另外，若电压环处于开路状态下，可应用Ti（s）来定义电流环开环环路电流的增益传递函数。在分析电流增益函数以后，可为系统电流调节装置的整个回路提供有价值的参数依据，从而保证电路系统的稳定性和高效性。电压负反馈环在断开状态下，电流环路的增益可由Ti（s）=TpiR1GCL（s）Fm公式计算。电压环处于断开或电流环处于闭合状态下，输入信号则为控制电压V0，输出信号则为负载电压V0，且控制电压则为控制负载电压。由已构建的系统模型可实现电流环路的低频增益、相位裕度和截止频率的具体反映，也可提升整个电路系统的高精度控制。同时，在设计实际电路系统中，通过对应实际电路的构造结构与模型环节便能确保整个电路系统设计的高精度控制。
2.3 仿真分析
本节仿真分析的主要目的在于对已构建系统模型的精度控制予以验证，利用Matlab数学模型绘制系统控制电压于输出电压的传递函数Bode图形。利用以上方式，即可设计出一组30V/50全桥开关电源，其开关的频率则为20kHz，而输入电压的变化率可保证处于±10%范围内。同时，开关电源滤波电容约为1000Μf，滤波电感则为1Μh。通常情况下，开关电源的相角不小于45°，因而可以保证电路系统的良好稳定性。与此同时，电路系统在穿越频率方面较高，因而保证了电路系统具有良好的高效性。另外，电路系统外部存在干扰电压，整个电路系统的输出电压将继续维持稳定。最终，我们所设计的基于电流控制方式的PWM开关电源是一种兼具稳定性与高效性的元件，只有具备良好的系统稳定性和高效性才能确保整个电路系统具有应有的动态响应特征。
3 结束语
随着我国电力需求日益增加以及电力市场不断完善，开关电源设计工作逐步趋于完善。基于电流控制方式的PWM开关电源设计可获取一种以平均电流PWM开关电源建模方案，在其设计过程中通过功率级传递函数构建与之相应的数学仿真模型，并通过Matalb对响应的数学仿真模型予以验证，并根据该模型完成系统设计。经系统建模、仿真分析两个重要步骤得出的平均电流PWM开关电源具备良好的系统稳定性和动态响应特征，可以满足各类电路系统的需求，希望借此论文为广大同行朋友提供一些可供参考的依据。
参考文献
[1] 解凌云，丁然.移相控制软切换PWM开关电源设计[J].鞍山钢铁学院学报，2012，（02）：98-101.
[2] 杨幼松.基于移相全桥软开关PWM变换器的数字开关电源的研究与设计[J].中南大学，2010，（03）：203-204.
[3] 王佳曦，王毅.一种基于DSP和次级箝位ZVZCS-PWM变换器的开关电源的研究[J].机械与电子，2009，（08）：12-15.