電壓模式與電流模式的比較

電流

科學(xué)上把單位時(shí)間里通過半導(dǎo)體任一橫截面的電量叫做電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)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(xué)家、化學(xué)家，在電磁作用方面的研究成就卓著，對(duì)數(shù)學(xué)和物理也有貢獻(xiàn)。電流的國際單位安培即以其姓氏命名），簡(jiǎn)稱“安”，符號(hào) “A”，也是指電荷在導(dǎo)體中的定向移動(dòng)。

導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下做有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)就形成了 電流。

電源的電動(dòng)勢(shì)形成了電壓，繼而產(chǎn)生了電場(chǎng)力，在電場(chǎng)力的作用下，處于電微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA，電學(xué)上規(guī)定：正電荷定向流動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?。金屬?dǎo)體中電流微觀表達(dá)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(dǎo)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(dǎo)電體內(nèi)可移動(dòng)的電子、電解液內(nèi)的離子、等離子體內(nèi)的電子和離子、強(qiáng)子內(nèi)的夸克。這些載子的移動(dòng)，形成了電流。

電壓

電壓（voltage），也稱作電勢(shì)差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場(chǎng)中由于電勢(shì)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(chǎng)力作用從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)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(jiǎn)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(dāng)中，“電勢(shì)差”和“電位差”則普遍應(yīng)用于一切電現(xiàn)象當(dāng)中。

電壓模式與電流模式的比較

電流模式控制

上述缺點(diǎn)比較突出，而且，由于電流模式控制使所有這些缺點(diǎn)均得以減輕，因此它一經(jīng)推出便引起了設(shè)計(jì)師們的極大興趣，他們紛紛研究這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。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(gè)固定頻率時(shí)鐘，并用一個(gè)從輸出電感器電流中得到的信號(hào)替代了斜坡波形。

電流模式控制

電流模式控制的優(yōu)點(diǎn)

1.由于電感器電流以一個(gè)由 Vi n - Vo所確定的斜率上升，因此對(duì)于輸入電壓的變化該波形將立即做出響應(yīng)，從而消除了延遲響應(yīng)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(shí)只給反饋環(huán)路提供了單個(gè)極點(diǎn)（至少在所關(guān)心的正常區(qū)域中）。與類似的電壓模式電路相比，這既簡(jiǎn)化了補(bǔ)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(gè)脈沖電流限制（只需對(duì)來自誤差放大器的控制信號(hào)進(jìn)行箝位即可），以及在多個(gè)電源單元并聯(lián)時(shí)易于實(shí)現(xiàn)負(fù)載均

盡管電流模式所提供的改進(jìn)令人印象深刻，但這項(xiàng)技術(shù)也存在其特有的問題，必須在設(shè)計(jì)過程中予以解決。

部分缺點(diǎn)

1.如今有兩個(gè)反饋環(huán)路，因而增加了電路分析的難度。

2.當(dāng)占空比大于50%時(shí)，控制環(huán)路將變得不穩(wěn)定，除非另外采取斜坡補(bǔ)償。

3.由于控制調(diào)制基于一個(gè)從輸出電流中得到的信號(hào)，因此功率級(jí)中的諧振會(huì)將噪聲引入控制環(huán)路。

4.一個(gè)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(fù)電流引起的。

5.由于采用控制環(huán)來實(shí)施電流驅(qū)動(dòng)，因此負(fù)載調(diào)整率變差，而且在多路輸出時(shí)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(jié)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(shè)計(jì)師帶來諸多新的難題。不過，利用從更近期的功率控制技術(shù)發(fā)展中所獲得的知識(shí)，人們對(duì)電壓模式控制進(jìn)行了重新評(píng)估，結(jié)果表明：針對(duì)其主要缺點(diǎn)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(duì)電壓模式控制所做的兩項(xiàng)主要改進(jìn)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(diǎn)置于標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)的。這提供了一個(gè)對(duì)應(yīng)和校正的占空比調(diào)制，而無需反饋環(huán)路采取任何動(dòng)作。結(jié)果是獲得了一個(gè)恒定的控制環(huán)路增益以及針對(duì)輸入電壓變化的瞬時(shí)響應(yīng)。較高頻率能力是通過對(duì)該IC使用BiCMOS加工工藝而得以實(shí)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。

電壓模式控制

這是最早的開關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(hào)與一個(gè)恒定斜坡波形進(jìn)行比較來完成的。電流限制必須單獨(dú)執(zhí)行。

電壓模式控制的優(yōu)點(diǎn)

1. 采用單個(gè)反饋環(huán)路，因而比較容易設(shè)計(jì)和分析。

2. 一個(gè)大幅度斜坡波形提供了用于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定調(diào)制過程的充分噪聲裕量。

3 . 一個(gè)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(diǎn)

1.電壓或負(fù)載中的任何變化都必須首先作為一個(gè)輸出變化來檢測(cè)，然后再由反饋環(huán)路來校正。這常常意味著緩慢的響應(yīng)速度。

2.輸出濾波器給控制環(huán)路增加了兩個(gè)極點(diǎn)，因而在補(bǔ)償設(shè)計(jì)誤差放大器時(shí)就需要將主導(dǎo)極點(diǎn)低頻衰減，或在補(bǔ)償中增加一個(gè)零點(diǎn)。

3.由于環(huán)路增益會(huì)隨著輸入電壓的變化而改變，因而使補(bǔ)償進(jìn)一步地復(fù)雜化。

選擇電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

以上所有的討論均不應(yīng)給您留下“電流模式控制不再有用武之地”的印象——而只應(yīng)是“在當(dāng)今的環(huán)境中，電流模式和電壓模式這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都可以是適用的選擇”。針對(duì)每一種特定的應(yīng)用，某些設(shè)計(jì)依據(jù)有可能表明這一種或另一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加適合。部分設(shè)計(jì)依據(jù)概述如下：

在以下場(chǎng)合可考慮使用電流模式：

1.電源輸出將是一個(gè)電流源或非常高的輸出電壓。

2.對(duì)于某個(gè)給定的開關(guān)頻率，需要最快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

3.應(yīng)用針對(duì)的是一個(gè)輸入電壓變化相對(duì)受限的DC/DC轉(zhuǎn)換器。

4.需要可并聯(lián)性(parallelability)和負(fù)載均分的模塊化應(yīng)

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(yīng)用中。

而在以下場(chǎng)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(fù)載變化范圍。

2.特別是在低電壓－輕負(fù)載條件下，此時(shí)，電流斜坡斜率過于平緩，不利于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的PWM操作。

3.高功率應(yīng)用和/ 或噪聲應(yīng)用（這里，電流波形上的噪聲將難以控制）。

4.需要多個(gè)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(jí)側(cè)穩(wěn)壓器。

6.需要避免雙反饋環(huán)路和/或斜坡補(bǔ)償之復(fù)雜性的應(yīng)用。

按照這些設(shè)計(jì)依據(jù)，UCC3750針對(duì)中低功率、隔離、初級(jí)側(cè)控制應(yīng)用進(jìn)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(duì)此類工作在性能方面實(shí)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(guān)信息。

電流與電壓的關(guān)系

電流是由電壓產(chǎn)生的，因此有電流必須要有電壓。

相反，有電壓不一定有電流，例如一節(jié)電池放置在地上，電池的正負(fù)極存在電壓，但卻沒有電流；又如一根導(dǎo)體棒在沒有回路的情況下切割磁感線，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓卻沒有感應(yīng)電流。

因此我們引入了電阻的概念，也有了電流的決定式I=U/R，電流由電壓和電阻共同決定，不能只看一個(gè)。電壓越大電流越大，電阻越大電流越小。

上面的兩個(gè)例子，都是因?yàn)殡妷捍嬖?，但是電阻太大（正?fù)極連接的是一段空氣，電阻很大），所以認(rèn)為產(chǎn)生的電流可以忽略。

至于不存在電壓，物體不帶電就可以了嘛?？墒沁@樣是一定沒有電流的。

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