【开关电源连载】开关电源的驱动原理
插话：编辑一篇帖子真不容易，只有周末有大把时间搞，还好是单身狗哈哈，不知道日后多年回首会不会唏嘘，哎，扯远了，大家看吧
背景：对于开关电源，控制的直接对象均为电源的占空比，以此达到控制系统输出恒压或者恒流的目的，那么占空比是怎么形成的了？
就目前我所了解到的就有三种基本方式。拿出来和大家一起探讨学习下。
1. 比较器-模拟类
2. RS触发器-数电类
3. 计数器-软体类
第一类：
先说说比较器类吧，这一类是早期比较原始的一种，我见过有人用分离元件搭建过。
插入比较器知识。
图1 单限门比较器
图2 单限门比较器传输特性
比较器原理：同相端输入高于反相端输入，输出高，否则就输出低。这本身就有点数电的味道。不过要想透彻理解它，还是要花很多功夫的。
通常我们将比较器的同相端（或反相端）固定为一已知量，作为参考，而反相端（或者同相端）引入外部信号，外部信号的变化引起输出的变化。
在开关电源里，通常将锯齿波信号置于比较器同相端作为参考，而把控制器的输出信号接在反相端，这样就形成了驱动。这里的锯齿波被称为基波，控制器的输出称为载波。
如下图：
图3 锯齿波比较器
其驱动原理如下图：
图4 锯齿波比较器驱动原理
(Vm为锯齿波峰值，Vc为误差放大器静态输出，vc为误差放大器动态输出)
可以看到，当锯齿波高于误差放大器的输出时，比较器输出低，
当锯齿波低于控制器的输出时，比较器输出高。
这样便形成了开关电源里的脉宽调制。
其中锯齿波的频率决定了开关电源的工作频率，而其幅值也决定了控制器的最大输出信号（超出之外需要对控制器的输出加限幅）
这种脉宽调制原理在平均电压（或电流）控制里运用较多。
第二类：
触发器作为数字电路里面基本电路起着很大的基础支撑作用。可以说是**存储的基本单元。本人在数电方面还未下功夫，就不好细说其原理了，直接贴出真值表吧
图5 基本RS触发器真值表
以或非门组成的基本RS触发器为例，从真值表里可以形象的理解记为：
在转态时：
S端记为set(置位信号)，高电平时使输出为高
R端记为reset（复位信号），高电平时输出为低
而在静态下：
当S，R端均为低时，输出保持前一次的结果不变。
当S，R端均为高时，输出保持不定（一般要避免此种情况）。
常见的UC3845芯片内部便是采用此种原理产生驱动的
图6 UC3845内部RS触发器运用
由图可见，UC3845的时钟脉冲输入给内部RS触发器的S端，而电流控制器输出信号接在R端，如此，每一个时钟脉冲到来，触发器置位输出为高，此时对应管子的驱动开通（此处没有顾及输出后级门限电路的工作原理和状态），电源初级电流增加，并经采样输入给电流控制器，直至使得电流控制器（直觉是比较器）输出高脉冲，该高脉冲信号被引入到RS触发起的R端，使得触发器复位输出低，对应管子的驱动关闭，电源初级电流为零。直至下一个时钟脉冲到来，触发器才置位。这样实现了逐个周期限制电流峰值。
用图像来形象展示这一过程如下：
图7 RS触发器产生驱动原理
从上图我们可以详细看到采用RS触发器来产生驱动的原理，其中要说的是当时钟脉冲在每个脉冲信号到来时，S端置高，触发器置位1，其后时钟信号为低电平，而触发器保持刚才输出1状态，驱动一直为高，电流上升，直至电流采样信号大于电流给定值Iref，电流控制器（个人理解为比较器）输出高，使得R端置高，触发器复位0，驱动关掉，电流立即变为0，因而电流控制器输出（也类似时钟为脉冲式）又变为低，触发器便保持刚才的0状态，驱动一直为低，直至下一个时钟脉冲到来，完成一个周期的驱动输出。
这种RS触发器式脉宽调制原理在峰值电流控制里运用较多。RS触发器类生成的驱动可逐个周期对初级电流进行安全有效的限幅，控制方便，应用比较广泛。
第三类：
在软件里脉宽的调制都和计数器有关。其基本原理就是计数器里装入一初始值，然后开始计数，计到这个数就做一次电平翻转。当然该初始值不能大于计数器所能记满的最大值。这就是软件里脉宽调制的基本原理，当然灵活的软件可以更改计数的方式，有以初始值开始倒数到零，也有从零开始记满到初始值，这就类似于模拟中的比较器原理了
因此此法也被用来作平均电流控制中的脉宽调制。
上述三类开关电源的驱动生成原理介绍完毕后，我针对比较器类的作重点分析。
图8 占空比的动态调制
对其中一个周期放大来看它的变化过程。
承接上一篇**里的分析“【开关电源连载】关于电压环误差放大器的认识”
在理想输出状态下，输出处于中心值Uo，没有误差，这样误差放大器的输出也会处于中心值Vc，进而进入到比较器类后生成的驱动也将位于中心值D（虚线表示）。
但当输出偏离中心值且向小于Uo的方向发展时，误差放大器的输出将偏离中心值Uc*且向大于Uc的方向发展，这样输出变小时，误差电压变大。而占空比也将在D附近做动态变化，剩下的就是该如何用数学语言来描述这个过程了
在理想状态下：
由三角形相似得：
(1)
则
(2)
当动态过程中出现扰动并最终进入动态平衡时有：
(3)
同样由三角形相似得到
(4)
此时
(5)
(5)-（2）得
(6) 故在系统达到动态平衡后占空比恢复到稳态时的占空比不变。那么在动态调节过程中则有：
(7)
(8)
此时已经能够看到占空比扰动的变化量已经跳跃出时间轴了，属于两个状态之间的联系。
联系前文非隔离式：
(9)
【疑惑1】在比较器式产生驱动原理中，比较器的一端输入来自误差放大器的输出，如果是平均电压环好理解，可用电压误差放大器得到（前一节有讲到）；但是如果是双闭环控制，外环电压，内环电流的时候，比较器的一端输入就是电流误差了，可是怎么得到平均电流的误差了（或者说平均电流环的误差放大器如何设计，难得和电压环一样）？
【疑惑2】在RS触发器产生驱动原理中，比较器的一端输入来自电感（开关管或者二极管）的峰值电流，常用小阻值电阻串联回路中采样电阻上的电压来获取实时电流及峰值，那么这里的电流环控制器又该如何设计？
【疑惑3】以上两点疑惑其实是因为存在比较器，它属于无反馈或者正反馈状态，而只有运放加了负反馈网络（以RC串并联形式组合）才能形成PID控制，即常用的误差放大器其实就是控制器，但本文用到了比较器，那么它是怎么形成控制的？
* 本文中Uc等同于“【开关电源连载】关于电压环误差放大器的认识”中的Uc，误差放大器的输出。
楼主
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你好像认得我？哪位
