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峰值电流控制(Peak Current Control)技术详解
发表时间:2025-04-03浏览次数:1
峰值电流控制(Peak Current Control)技术详解
 

峰值电流控制(Peak Current Control)技术详解

 

峰值电流控制是开关电源中应用最广泛的闭环控制策略之一,通过实时监测并限制功率器件电流峰值来实现精准调节。以下是专业级的技术解析与设计指南:qrv嘉泰姆


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1. 核心控制原理

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graph TB
参考电压Vref --> 比较器
电流检测信号Isense --> 比较器
比较器 --> RS触发器 --> 驱动电路
时钟信号CLK --> RS触发器复位端

工作过程

  1. 每个周期开始时,时钟信号复位触发器,开启功率管qrv嘉泰姆

  2. 电感电流上升,当Isense达到Vref时,触发器翻转关断功率管qrv嘉泰姆

  3. 电流下降直至下个周期开始qrv嘉泰姆


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2. 关键技术特征

 
参数 典型值/特性 设计影响
电流检测延迟 <50ns(高速比较器) 占空比限制(D<50%需斜率补偿)
斜坡补偿斜率 0.5~1倍电感电流下降斜率 防止次谐波振荡
峰值电流精度 ±3%(工业级) 输出纹波控制
响应速度 <1μs(瞬态恢复) 动态负载性能

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3. 与电压模式控制的对比

 
特性 峰值电流控制 电压模式控制
环路响应 单极点系统(更稳定 双极点系统(需补偿复杂)
抗干扰性 天然抗输入电压扰动 输入电压变化直接影响占空比
短路保护 自动限流(无需额外电路) 需独立过流检测电路
多相均流能力 优异(各相独立控制) 需复杂均流算法
EMI特性 固定频率(优化EMI滤波) 变频导致频谱扩散

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4. 关键电路设计

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(1)电流检测方案

 
类型 原理 适用场景 误差来源
电阻采样 功率路径串联小阻值电阻 低压大电流(<30A) 电阻温漂(50ppm/℃)
电流互感器 磁耦合隔离检测 高压/隔离场合 磁芯饱和非线性
导通电阻检测 利用MOSFET Rds(on) 集成IC内部 Rds(on)随温度变化

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设计公式qrv嘉泰姆
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例:Vref=1V,Ipeak=5A → Rsense=0.2Ω(选2512封装,功率≥1W)
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(2)斜率补偿实现

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graph LR
振荡器 --> 斜坡发生器 --> 加法器
参考电压 --> 加法器
加法器 --> 比较器

补偿斜率计算qrv嘉泰姆

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当占空比D>50%时必须补偿,通常取Se=0.75S₂
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5. 典型芯片方案

 
拓扑支持 特殊功能
反激/正激 内置图腾柱驱动
PFC 平均电流模式可选
准谐振LLC 谷底开关优化
移相全桥 数字接口配置斜率补偿

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6. 设计调试要点

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(1)稳定性验证

 
  • 伯德图测试:确保相位裕度>45°,增益裕度>10dBqrv嘉泰姆

  • 负载瞬态测试:20%-80%阶跃变化,输出电压恢复时间<100μsqrv嘉泰姆

  • 输入扰动测试:±20% Vin变化,输出电压波动<±1%qrv嘉泰姆

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(2)常见问题对策

 
现象 根本原因 解决方案
次谐波振荡 斜率补偿不足(D>50%) 增大补偿斜坡斜率Se
启动失败 软启动时间过短 增加SS电容(0.1μF→1μF)
电流检测噪声 PCB布局环路过大 采用开尔文连接+RC滤波
轻载不稳定 最小导通时间限制 启用突发模式(Burst Mode)

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7. 前沿应用案例

 

(1)数字峰值电流控制

 
// 基于STM32G4的数字化实现
void PWM_Update(void){
  static uint16_t peak_current = 1024;  // 对应5A
  uint16_t adc_raw = ADC_Read(ISENSE_CH);
  if(adc_raw >= peak_current){
    PWM_SetDuty(0);  // 立即关断
  }
}

优势qrv嘉泰姆
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  • 动态调整补偿斜率(如MPC算法)qrv嘉泰姆

  • 实现多模式无缝切换(CCM/DCM)qrv嘉泰姆

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(2)GaN器件驱动优化

  • 超高速检测qrv嘉泰姆
    采用集成电流镜的GaN ICqrv嘉泰姆

  • 时序补偿qrv嘉泰姆
    增加3ns级延时校准电路,避免误关断qrv嘉泰姆


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行业趋势

 
  1. AI优化控制qrv嘉泰姆

    • 神经网络预测负载变化(提前调整Vref)qrv嘉泰姆

    • 实时效率优化qrv嘉泰姆

  2. 磁集成检测qrv嘉泰姆

    • PCB嵌入式电流传感器(灵敏度0.5mV/A)qrv嘉泰姆

    • 非接触式检测qrv嘉泰姆

  3. 车规级方案qrv嘉泰姆

    • AEC-Q100认证芯片qrv嘉泰姆

    • 双通道冗余控制(ISO 26262 ASIL-D)qrv嘉泰姆


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设计建议

 
  1. 工业电源优先选择qrv嘉泰姆

    • 带数字接口的控制器qrv嘉泰姆

    • 电流检测精度<±1%的方案qrv嘉泰姆

  2. 消费电子推荐qrv嘉泰姆

    • 集成斜率补偿的ICqrv嘉泰姆

    • 电阻采样+温度补偿算法qrv嘉泰姆

  3. 高频应用必备qrv嘉泰姆

    • GaN/SiC器件配套驱动方案qrv嘉泰姆

    • 4层PCB设计(独立电流检测层)qrv嘉泰姆
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通过精确计算补偿斜率、优化电流检测路径布局(走线长度<10mm)并结合热仿真(结温<125℃),可构建高可靠的峰值电流控制系统。建议使用网络分析仪验证环路稳定性,并在批量生产前进行1000次热循环测试。qrv嘉泰姆