【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 converter, which benefits with simpler control circuit, excellent stability, faster transient response, lower EMI and easy implementation. Introducing the induct current into the control loop makes it easy to realize over current protection and load sharing among switching converters when they are operating in parallel. Buck converter operating in discontinuous conduction mode (DCM)is taken as an example to illustrate the application of currentmode BFPTM. Finally, simulation and experimental results indicate that currentmode BFPTM has much faster transient response and lower EMI noise than conventional currentmode pulse width modulation (PWM) technique. Key words: Switching converter, bifrequency pulsetrain modulation (BFPTM), transient response, EMI noise 1 引 言 開關(guān)變換器具有功率轉(zhuǎn)換效率高、功率密度大和重量輕等明顯優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用 【 1】 。目前，越來(lái)越多的應(yīng)用場(chǎng)合要求開關(guān)變換器具有快速地動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，以使電氣設(shè)備負(fù)載快速變化時(shí)，保持輸出電壓恒定或快速恢復(fù)穩(wěn)態(tài)；此外，隨著 EMI 標(biāo)準(zhǔn)的建立與完善，要求開關(guān)變換器具有較低 EMI 噪聲，以減少對(duì)電網(wǎng)以及周圍環(huán)境的污染。 隨著對(duì)開關(guān)電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度要求的不斷提高，以線性控制理論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng) PWM 調(diào)制方式已越來(lái)越難以滿足要求。一些非線性控制技術(shù)，如單周控制 【 2】 、滯環(huán)控制 【 4】 、滑模控制 【 5】 及脈沖序列控制 【 68】 等被應(yīng)用于開關(guān)變換器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。單周控制對(duì)輸入電壓擾動(dòng)具有良好地抑制能力，但存在負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢和穩(wěn)態(tài)誤差的缺點(diǎn)；滯環(huán)及滑模控制具有快速地動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，但它們的工作頻率隨輸入電壓或負(fù)載的變化而變化，增加了濾波器的設(shè)計(jì)難度；脈沖序列控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，極大地提高了開關(guān)變換器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。 已有研究成果表明， PWM 開關(guān)變換器的 EMI 峰值主要集中在 開關(guān)頻率及其倍頻處 【 9】 ，采取濾波和屏蔽實(shí)現(xiàn) EMI 抑制的方法增加了硬件的成本和體積 【 10】 ，因此，從產(chǎn)生機(jī)理上抑制開關(guān)變換器 EMI 是最理想的有效途徑，開關(guān)頻率調(diào)制 【 11】 和開關(guān)頻率的混沌控制 【 12】 從機(jī)理上很好地降低了 EMI 噪聲水平。 為了提高開關(guān)變換器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，降低開關(guān)變換器的 EMI，本文提出了開關(guān)變換器的電流型雙頻率脈沖序列調(diào)制（ BiFrequency PulseTrain Modulation， BFPTM）方法。電流型 BFPTM 開關(guān)變換器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無(wú)需誤差放大器及 其相應(yīng)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快， EMI 噪聲小，易于實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)和并聯(lián)均流控制。本文以 DCM（ discontinuous conduction mode）Buck 變換器為例，分析了電流型 BFPTM 工作原理及控制策略，進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)分析，建立了小信號(hào)模型。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電流型 BFPTM 不僅具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，而且利用頻率拓展原理有效地降低了變換器 EMI 噪聲水平，具有優(yōu)越的控制性能。 2 一、 電流型 BFPTM 控制原理 電流型 BFPTM 控制 DCM Buck 變換器如圖 1 所示。當(dāng) Buck 變換器工作于 DCM 時(shí)，電感電流在開關(guān)管 V 導(dǎo)通前為零，續(xù)流二極管 VD 在零電流下關(guān)斷，這種固有的軟開關(guān)特性使得變換器具有較高的工作效率。從圖 1 可以看出，電流型 BFPTM 控制器由比較器、 D 觸發(fā)器、延時(shí)器、窄脈沖觸發(fā)裝置和 RS 觸發(fā)器組成，其中比較器 I 與 D 觸發(fā)器構(gòu)成輸出電壓監(jiān)測(cè)電路。當(dāng) D 觸發(fā)器 CLK 端觸發(fā)脈沖 Uc 來(lái)臨時(shí)，其 Q 端電平與 D 端保持一致，之后一直保持不變，直到觸發(fā)脈沖 Uc 再次來(lái)臨。當(dāng) CLK 端觸發(fā)脈沖來(lái)臨時(shí)， 若 D 觸發(fā)器 Q 端輸出高電平，則表明當(dāng)前時(shí)刻輸出電壓 Uo 低于參考電壓 Uref；反之，若 Q 端輸出低電平，則表明當(dāng)前時(shí)刻輸出電壓 Uo 高于參考電壓 Uref。 觸發(fā)脈沖 Uc 來(lái)臨的同時(shí)， RS 觸發(fā)器置位，其 Q 端輸出高電平， Buck 變換器開關(guān)管 V 導(dǎo)通，電感電流 iL 線性上升；當(dāng)電感電流上升到電流限定值 ILim 時(shí)，比較器 II 輸出端電平翻轉(zhuǎn)置高， RS 觸發(fā)器復(fù)位，其 Q 端輸出低電平， Buck 變換器開關(guān)管 V 關(guān)斷，電感電流線性下降。 圖 1 電流型 BFPTM 控制 DCM Buck 變換器 Currentmode BFPTM controlled DCM buck Converter 由于 ILim 的存在，使得電流型 BFPTM 具有自動(dòng)限流功能，從而可以實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。 當(dāng)觸發(fā)脈沖 Uc 來(lái)臨時(shí)，若 D 觸發(fā)器 Q 端輸出高電平，電流型 BFPTM 控制器經(jīng)過(guò) TH 時(shí)間后使窄脈沖觸發(fā)裝置產(chǎn)生觸發(fā)脈沖；反之，若 D 觸發(fā)器 Q端輸出低電平，控制器則經(jīng)過(guò) TL（ k=TL/TH， k＞ 1）時(shí)間后使窄脈沖觸發(fā)裝置產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，分別為 D 觸發(fā)器和 RS觸發(fā)器提 供觸發(fā)時(shí)鐘信號(hào)和置位信號(hào)，進(jìn)入下一開關(guān)周期。 由以上分析可知，電流型 BFPTM 控制器由輸出電壓外環(huán)與電感電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成，輸出電壓外環(huán)決定控制脈沖 UP 的周期為 TH 或 TL，電感電流內(nèi)環(huán)決定開關(guān)管 V的導(dǎo)通時(shí)間。電流型 BFPTM 控制 DCM Buck 變換器工作原理如圖 2 所示。 3 圖 2 中，在 t1 時(shí)刻，觸發(fā)脈沖 Uc 來(lái)臨，開關(guān)管 V 導(dǎo)通，電感電流 iL 線性上升，當(dāng)電感電流上升到 ILim 時(shí)，開關(guān)管 V 截止，電感電流線性下降到零。由于 t1 時(shí)刻輸出電壓 Uo 小于參考電壓 Uref， D 觸發(fā)器 Q 端輸出高電平，因此當(dāng)前控制脈沖的周期為 TH；而在 t2 時(shí)刻，輸出電壓 Uo 高于參考電壓 Uref，電流型 BFPTM控制器選擇 TL作為該控制脈沖的周期。 由圖 2 及以上分析可知，觸發(fā)脈沖 Uc 來(lái)臨時(shí)刻（即控制脈沖 UP 的開始時(shí)刻）輸出電壓與參考電壓間的大小關(guān)系決定了當(dāng)前控制脈沖周期為 TH 或 TL 控制脈沖 UP 為兩個(gè)不同頻率的脈沖的組合。因此相對(duì)于 PWM 控制方式，電流型 BF