電壓 電流的關系與比較-電壓模式與電流模式的比較、優(yōu)缺點-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2019-01-04
科學上把單位時間里通過導體任一橫截面的電量叫做電流強度，簡稱電流。通常用字母 I表示，它的單位是安培（安德烈·瑪麗·安培，1775年—1836年，法國物理學家、化學家，在電磁作用方面的研究成就卓著，對數(shù)學和物理也有貢獻。電流的國際單位安培即以其姓氏命名），簡稱“安”，符號 “A”，也是指電荷在導體中的定向移動。
導體中的自由電荷在電場力的作用下做有規(guī)則的定向運動就形成了 電流。
電源的電動勢形成了電壓，繼而產(chǎn)生了電場力，在電場力的作用下，處于電微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA，電學上規(guī)定：正電荷定向流動的方向為電流方向。金屬導體中電流微觀表達式I=nesv,n為單位體積內(nèi)自由電子數(shù)，e為電子的電荷量，s為導體橫截面積，v為電荷速度。
大自然有很多種承載電荷的載子，例如，導電體內(nèi)可移動的電子、電解液內(nèi)的離子、等離子體內(nèi)的電子和離子、強子內(nèi)的夸克。這些載子的移動，形成了電流。
電壓（voltage），也稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產(chǎn)生的能量差的物理量。其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所做的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國際單位制為伏特（V，簡稱伏），常用的單位還有毫伏（mV）、微伏（μV）、千伏（kV）等。此概念與水位高低所造成的“水壓”相似。需要指出的是，“電壓”一詞一般只用于電路當中，“電勢差”和“電位差”則普遍應用于一切電現(xiàn)象當中。
這是最早的開關穩(wěn)壓器設計所采用的方法，而且多年來很好地滿足了業(yè)界的需要。基本的電壓模式控制配置示于圖1。
電壓模式控制
這種設計的主要特性是只存在一條電壓反饋通路，而脈寬調(diào)制是通過將電壓誤差信號與一個恒定斜坡波形進行比較來完成的。電流限制必須單獨執(zhí)行。
1. 采用單個反饋環(huán)路，因而比較容易設計和分析。
2. 一個大幅度斜坡波形提供了用于實現(xiàn)穩(wěn)定調(diào)制過程的充分噪聲裕量。
3 . 一個低阻抗功率輸出為多輸出電源提供了更加優(yōu)良的交叉調(diào)制性能。
電壓模式控制的缺點可列舉如下：
1.電壓或負載中的任何變化都必須首先作為一個輸出變化來檢測，然后再由反饋環(huán)路來校正。這常常意味著緩慢的響應速度。
2.輸出濾波器給控制環(huán)路增加了兩個極點，因而在補償設計誤差放大器時就需要將主導極點低頻衰減，或在補償中增加一個零點。
3.由于環(huán)路增益會隨著輸入電壓的變化而改變，因而使補償進一步地復雜化。
上述缺點比較突出，而且，由于電流模式控制使所有這些缺點均得以減輕，因此它一經(jīng)推出便引起了設計師們的極大興趣，他們紛紛研究這種拓撲結構。由圖2 給出的示意圖可見，基本的電流模式控制只把振蕩器用作一個固定頻率時鐘，并用一個從輸出電感器電流中得到的信號替代了斜坡波形。
電流模式控制
1.由于電感器電流以一個由 Vi n - Vo所確定的斜率上升，因此對于輸入電壓的變化該波形將立即做出響應，從而消除了延遲響應以及隨著輸入電壓的變化而發(fā)生的增益變化。
2.由于誤差放大器如今用于控制輸出電流而非電壓，因此輸出電感器的影響被降至最低，而且濾波器此時只給反饋環(huán)路提供了單個極點（至少在所關心的正常區(qū)域中）。與類似的電壓模式電路相比，這既簡化了補償，又獲得了較高的增益帶寬。
3.采用電流模式電路的額外好處包括固有的逐個脈沖電流限制（只需對來自誤差放大器的控制信號進行箝位即可），以及在多個電源單元并聯(lián)時易于實現(xiàn)負載均
盡管電流模式所提供的改進令人印象深刻，但這項技術也存在其特有的問題，必須在設計過程中予以解決。
以下簡要羅列了它的部分缺點：
1.如今有兩個反饋環(huán)路，因而增加了電路分析的難度。
2.當占空比大于50%時，控制環(huán)路將變得不穩(wěn)定，除非另外采取斜坡補償。
3.由于控制調(diào)制基于一個從輸出電流中得到的信號，因此功率級中的諧振會將噪聲引入控制環(huán)路。
4.一個特別討厭的噪聲源是前沿電流尖峰，通常是由變壓器繞組電容和輸出整流器恢復電流引起的。
5.由于采用控制環(huán)來實施電流驅動，因此負載調(diào)整率變差，而且在多路輸出時需要耦合電感器以獲得可接受的交叉調(diào)制性能。
于是，我們由上可以得出結論：雖然電流模式控制將放寬電壓模式控制的許多限制，但它也將給設計師帶來諸多新的難題。不過，利用從更近期的功率控制技術發(fā)展中所獲得的知識，人們對電壓模式控制進行了重新評估，結果表明：針對其主要缺點還有一些其他的校正方法，UCC3570便是業(yè)界的研發(fā)成果。
重新審視電壓模式控制UCC3570對電壓模式控制所做的兩項主要改進是電壓前饋和較高頻率能力，前者用于消除輸入電壓變化的影響，后者則允許將輸出濾波器的極點置于標準控制環(huán)路帶寬范圍以上。電壓前饋是通過使斜坡波形的斜率與輸入電壓成正比來實現(xiàn)的。這提供了一個對應和校正的占空比調(diào)制，而無需反饋環(huán)路采取任何動作。結果是獲得了一個恒定的控制環(huán)路增益以及針對輸入電壓變化的瞬時響應。較高頻率能力是通過對該IC使用BiCMOS加工工藝而得以實現(xiàn)的，這產(chǎn)生了較小的寄生電容和較低的電路延遲。于是，電壓模式控制的許多問題都有所緩解，而并未招致電流模式控制的麻煩。
以上所有的討論均不應給您留下“電流模式控制不再有用武之地”的印象——而只應是“在當今的環(huán)境中，電流模式和電壓模式這兩種拓撲結構都可以是適用的選擇”。針對每一種特定的應用，某些設計依據(jù)有可能表明這一種或另一種拓撲結構更加適合。部分設計依據(jù)概述如下：
在以下場合可考慮使用電流模式：
1.電源輸出將是一個電流源或非常高的輸出電壓。
2.對于某個給定的開關頻率，需要最快的動態(tài)響應。
3.應用針對的是一個輸入電壓變化相對受限的DC/DC轉換器。
4.需要可并聯(lián)性(parallelability)和負載均分的模塊化應
5.在變壓器磁通平衡很重要的推挽電路中。
6.在要求使用極少組件的低成本應用中。
而在以下場合中則可以考慮使用具前饋的電壓模式：
1.有可能存在很寬的輸入電壓和/或輸出負載變化范圍。
2.特別是在低電壓－輕負載條件下，此時，電流斜坡斜率過于平緩，不利于實現(xiàn)穩(wěn)定的PWM操作。
3.高功率應用和/ 或噪聲應用（這里，電流波形上的噪聲將難以控制）。
4.需要多個輸出電壓以及較好的交叉調(diào)制性能。
5.可飽和電抗器控制器將被用作輔助次級側穩(wěn)壓器。
6.需要避免雙反饋環(huán)路和/或斜坡補償之復雜性的應用。
按照這些設計依據(jù)，UCC3750針對中低功率、隔離、初級側控制應用進行了優(yōu)化（借助隔離型前饋）。除了上述的控制特性之外，該器件還針對此類工作在性能方面實現(xiàn)了諸多的提升。不過，鑒于這并非本文的討論議題，感興趣的讀者可以查閱該產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表以了解更多的相關信息。
聯(lián)系方式：鄒先生
手機：18123972950
QQ：2880195519
聯(lián)系地址：深圳市福田區(qū)車公廟天安數(shù)碼城天吉大廈CD座5C1
請搜微信公眾號:“KIA半導體”或掃一掃下圖“關注”官方微信公眾號
請“關注”官方微信公眾號:提供 MOS管 技術幫助
