Bài viết này mô tả những ưu điểm và nhược điểm của các chế độ điều khiển khác nhau cho bộ nguồn chuyển mạch. Bài viết giải thích về điều khiển chế độ dòng điện, điều khiển chế độ điện áp và điều khiển chế độ trễ. Bài viết cũng đưa ra các khuyến nghị về cách lựa chọn IC nguồn chuyển mạch.

Giới thiệu

Bộ nguồn tạo ra điện áp phù hợp cho các mạch điện tử. Khi chọn bộ nguồn, cần chú ý đến khả năng chịu dòng điện tối đa và dải điện áp đầu vào cho phép để đảm bảo nó có thể hoạt động mà không gặp sự cố trong mạch. Nhiều đặc điểm khác của bộ nguồn cũng cần được xem xét khi lựa chọn. Một đặc điểm rất quan trọng của bộ nguồn chuyển mạch là loại điều khiển; ví dụ, các vòng điều khiển. Các loại điều khiển nào có ưu điểm gì? Cần xem xét những gì trong quá trình lựa chọn?

Điều khiển chế độ hiện tại.

Hầu hết các bộ nguồn chuyển mạch hiện đại sử dụng kiến ​​trúc điều khiển chế độ dòng điện. Kiến trúc này so sánh độ lệch của điện áp đầu ra so với giá trị đặt với một đường dốc điện áp hình răng cưa, phụ thuộc vào dòng điện cuộn cảm. Bằng cách so sánh điện áp với một bộ khuếch đại hoạt động, còn được gọi là bộ khuếch đại lỗi, được tích hợp trong IC điều khiển chuyển mạch, chu kỳ xung nhịp sẽ bị chấm dứt. Do đó, theo giá trị của dòng điện cuộn cảm và độ lệch của điện áp đầu ra so với giá trị đặt, chu kỳ nhiệm vụ được điều chỉnh. Điều này mang lại cho người dùng một số lợi thế. Hệ thống điều khiển có thể phản hồi trực tiếp với những thay đổi trong dòng điện cuộn cảm, ví dụ, trong trường hợp thay đổi điện áp đầu vào, mà không cần chờ điện áp đầu ra lệch khỏi điểm đặt. Giới hạn quá dòng có thể dễ dàng được thực hiện với loại điều khiển này. Ưu điểm quan trọng nhất của điều khiển chế độ dòng điện là việc điều chỉnh bù đơn giản. Việc bù xác định độ ổn định và tốc độ của vòng điều khiển bằng cách sử dụng hai tụ điện và một điện trở trên chân bù _VC .

Hình 1 thể hiện mạch điều khiển của bộ điều khiển buck bằng màu đỏ. Các thành phần bù được thể hiện bằng màu xanh lam. Trong một số IC chuyển đổi nguồn, mạch này không phải là mạch bên ngoài mà được tích hợp sẵn. Điều này đơn giản hóa quá trình thiết kế nhưng hạn chế sự lựa chọn về mức công suất, độ tự cảm và điện dung đầu ra.

Điều khiển chế độ điện áp

So với điều khiển chế độ dòng điện, còn có điều khiển chế độ điện áp. Ở đây, điện áp đầu ra được điều khiển theo cách tương tự, nhưng dòng điện cuộn cảm không được đưa vào điều chỉnh. Điều này tạo ra một số nhược điểm. Nếu điện áp đầu vào thay đổi, bộ điều chỉnh sẽ chỉ phản hồi sau khi điện áp đầu ra lệch khỏi giá trị đã đặt do sự thay đổi này. Điều này có thể dẫn đến hành vi điều khiển bị chậm trễ. Trong trường hợp bộ điều chỉnh chế độ điện áp, cần phải thêm giới hạn dòng điện nếu nguồn điện yêu cầu giới hạn dòng tải. Tuy nhiên, nhược điểm nghiêm trọng nhất của loại điều chỉnh này là cài đặt bù phức tạp hơn nhiều. Thông thường, cần phải sử dụng bù loại 3, có nghĩa là phải chọn hai điện trở và ba tụ điện phù hợp trên các chân bù. Hành vi ổn định thay đổi khi chuyển đổi giữa hoạt động tải đầy đủ (chế độ dẫn dòng điện không đổi (CCM)) và hoạt động tải một phần (chế độ dẫn dòng điện không liên tục (DCM)). Điều này có thể làm cho việc cài đặt bù trở nên khó khăn hơn đối với một số ứng dụng.

Đây là lý do chính tại sao các bộ điều chỉnh chế độ điện áp mới không phổ biến trên thị trường hiện nay. Hình 2 cho thấy một bộ điều chỉnh chế độ điện áp với mạch bù loại 3 tương ứng. Các thành phần bù được hiển thị bằng màu xanh lam.

Điều khiển chế độ kịch tính

Ngoài chế độ điều khiển dòng điện và chế độ điều khiển điện áp, còn có loại điều khiển thứ ba. Các bộ điều chỉnh này sử dụng bộ so sánh trễ trong đường phản hồi và điều chỉnh thời gian chuyển mạch và chu kỳ làm việc dựa trên trạng thái điện áp đầu ra. Do hạn chế về tính không ổn định, các bộ điều chỉnh này không cần bù vòng điều khiển. Tuy nhiên, ưu điểm này lại đi kèm với một số nhược điểm. Tần số chuyển mạch của điều khiển chế độ trễ không cố định mà thay đổi tùy thuộc vào điện áp đầu vào, dòng điện tải và các điều kiện khác. Hơn nữa, độ gợn sóng điện áp đầu ra thường cao hơn so với bộ điều chỉnh chế độ dòng điện hoặc chế độ điều khiển điện áp. Xem Hình 3 để biết sơ đồ đơn giản của cấu trúc này.

Bộ điều khiển trễ thường bị hiểu sai vì chúng có nhiều tên gọi khác nhau cho các biến thể khác nhau của loại điều khiển này. Nhiều cải tiến đã được thiết kế, chẳng hạn như điều khiển thời gian tĩnh, để giảm thiểu nhược điểm của điều khiển trễ.

Kết luận

Có những khác biệt cơ bản giữa các loại điều khiển của bộ nguồn chuyển mạch. Các nhà sản xuất IC tích hợp cho bộ nguồn chuyển mạch sử dụng các kỹ thuật mạch khác nhau để giảm thiểu nhược điểm của từng loại điều chỉnh. Đối với hầu hết các ứng dụng, các IC điều khiển chuyển mạch hiện đại có thể được sử dụng dựa trên dữ liệu hiệu năng được cung cấp trong bảng dữ liệu và các mô phỏng mạch đã thực hiện — ví dụ, với AltSpice® — bất kể loại điều khiển nào được sử dụng.