【图文】CMOS乞降比拟器在PWM开关电源节制中的操纵-KIA MOS管

开关电源是操纵古代电力电子手艺，节制开关管守旧和关断的时候比率，坚持不变输入电压的一种电源，开关电源普通由脉冲宽度调制（PWM）节制IC和MOSFET构成。

开关电源和线性电源比拟，两者的本钱都跟着输入功率的增添而增添，但两者增添速率各别。线性电源本钱在某一输入功率点上，反而高于开关电源，这一点称为本钱反转点。

跟着电力电子手艺的成长和立异，使得开关电源手艺也在不时地立异，这一本钱反转点日趋向低输入电力端挪动，这为开关电源供给了广漠的成长空间。

开关电源体积小、分量轻、变更效力高， 是以普遍操纵于各类电子装备中。它体积小、分量轻、功率因数高，具备较高的任务效力，但布局过于庞杂使它的操纵遭到必然的限定。上面就这个题目提出一个可行的处理体例。

开关电源电流PWM节制的根基道理

开关电源的任务进程相称轻易懂得，在线性电源中，让功率晶体管任务在线性情势，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管任务在导通和关断的状况，在这两种状况中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积便是功率半导体器件上所发生的消耗。

与线性电源比拟，PWM开关电源更加有用的任务进程是经由进程“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值即是输入电压幅值的脉冲电压来完成的。脉冲的占空比由开关电源的节制器来调理。

一旦输入电压被斩成交换方波，其幅值便能够经由进程变压器来下降或下降。经由进程增添变压器的二次绕组数便能够增添输入的电压组数。最初这些交换波形颠末整流滤波后就取得直流输入电压。

节制器的首要目标是坚持输入电压不变，其任务进程与线性情势的节制器很近似。也便是说节制器的功效块、电压参考和偏差缩小器，能够设想成与线性调理器不异。他们的不同的地方在于，偏差缩小器的输入（偏差电压）在驱动功率管之前要颠末一个电压/脉冲宽度转换单位。

开关电源有两种首要的任务体例：正激式变更和升压式变更。虽然它们各局部的安排不同很小，可是任务进程相差很大，在特定的操纵场所下各有长处。

图1给出了电流节制的PWM降压变更器的根基构成。

图1电流节制的PWM降压变更器的根基构成

从该电路能够看出，反应电路由两局部构成：输入电压U0经采样电路（未画出）取得反应电压Uf反应到偏差缩小器的反向端，基准电压UR加至偏差缩小器同向端，构成惯例的电压反应，即电压外环；由电阻RS上检测取得的电流反应旌旗灯号US和偏差缩小器的输入Ue别离加至PWM比拟器同向端和反向端，构成了电流内环。

PWM比拟器输入加至触发器的R端，时钟振荡器从S端向锁存器输入一系列恒定频次的时钟旌旗灯号。当功率管导通时，跟着电流的增大电流检测旌旗灯号US也同时增大，直到同Ue电压相称时PWM比拟器输入高电平，使锁存器输入转为低电平，功率管关断。

时钟振荡器输入的不变时钟旌旗灯号经由进程锁存器节制着三极管的通断。由此能够看出，由于引入了电流反应，对输入电压有前馈调理感化，进步了体系的静态呼应，由于电感电流间接跟从偏差电压的变更，输入电压便能够很轻易的取得节制。电流内环还使开关电源变更器易于完成并联运转，有益于完成变更器的模块设想。

电流节制PWM手艺有良多长处，如电压调剂率好；回路不变性好，负载呼应快；功耗小；有较好的并联才能等等，但同时它的错误谬误也是不能轻忽的：

占空比大于50%时体系能够呈现不不变性，能够会发生次谐波振荡；在电路拓扑布局挑选上也有范围，在升压型和降压-升压型电路中，由于储能电感不在输入端，存在峰值电流与均匀电流的偏差。

针对这类环境，当占空比大于50%时，普通是接纳谐波弥补的体例来降服错误谬误。但在现实操纵中，由于输入级的电感L和电容C的存在，当开关电源的负载发生变更时，偏差缩小器必须调剂本身的弥补以使本身到达不变，但现实电路中大都接纳集成PWM节制器件，不能够按照负载的变更实时对偏差缩小器做出调剂，体系的自顺应才能较差。

插手乞降比拟器的新型电流节制情势

为了处理开关电源自顺应才能差的缺点，对本来的降压型变更器停止改良，取得如图2电路

图2改良的电流节制的PWM降压变更器的根基构成

与图1比拟， 图2中检测电感电流的采样电阻RS的地位发生了变更，将其从三极管的射极移到了输入端，如许电阻RS两头的电压就反应了采样电流的巨细。

与此同时，用一个CMOS乞降比拟器取代了本来的两个运算缩小器，任务道理以下：U+ 、U_为谐波弥补旌旗灯号，构成一组差分旌旗灯号，反应电压Uf和参考电压Uref别离加至一对正负端，为一组差分旌旗灯号。

只要当U+、Uf、U1相加之和即是U_、Uref、U0之和时，乞降比拟器输入高电平，锁存器输入低电平，三极管断开，标明输入电压处于不变状况；

三极管断开后，变压器的原边经由进程续流二极管放电，变压器副边电流减小，由于电容两头的电压不能渐变，以是U0在三极管断开的刹时不变，U1减小，和其余五个参量配合输入乞降比拟器，直到乞降比拟器输入低电平，那时钟脉冲再次离开时锁存器输入高电平，三极管再次导通。

因而可知，节制旌旗灯号的发生只与反应旌旗灯号（输入电压反应旌旗灯号和电感电流巨细的反应旌旗灯号） 和自力的谐波旌旗灯号有关， 不再存在与开关电源滤波布局的电感和电容值相干的频次弥补题目， 既保障了体系的不变性， 也完成了自顺应节制。

乞降比拟器的电路布局如图3 所示。

图3 乞降比拟器的电路布局

该比拟器布局是折叠式的， MOS管M 1-M 6 构成3 对差分对。

完成3 组电压和的比拟是经由进程电流和的比拟而完成的， MOS管M 1， M 3 和M 5 所构成的电流和经由进程MOS管m 16-m 17折叠到输入缓冲电流镜的m 15的漏端， 一样M 2， M 4 和M 6 所构成的电流和经由进程MOS管m 18-m 19折叠到输入缓冲电流镜的m 14的漏端， 再经MOS管m 9 取得R 旌旗灯号。也即脉冲宽度调制旌旗灯号。

本文对操纵CMOS乞降比拟器完成PWM电流节制体例停止了论述，该体例简化了传统电流节制接法的电路布局，省略了偏差缩小器，从而进步了输入旌旗灯号的速率和精度，减小了芯片的面积，下降了建造本钱，有益于体系集成。实际上该体例具备输入电压不变、高速、切确的长处，经摹拟和尝试后应可用于各类高效的电流PWM节制电路。

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