1、什么是峰值电流控制

前面的章节已经了解到，即使不对占空比进行控制，电压依然可以得到提升。那么，对于电感后级的储能电容而言，该电压上升的原理又是什么呢?

我们知道，电容上的电压取决于电容上的电荷，即：

（式1）

Q:电容两端的电荷差异量（库伦：C）；C：电容（法拉：F）；I(t）：电流随时间的量（安培：A）；t1：MOS管关断时间点；t2：电流减小至0时间点。

如果按照该方程，那么输出电压将呈现一条二次函数曲线，这样与实际输出电压成直流有巨大的区别。但是事实是，电感向电容释放电流的过程是一个周期二次函数，又傅里叶级数知，该周期函数至少可以分解为其周期函数的基频正余弦函数和倍频正余弦函数的加权和，而电感电容组成了一个通频带极窄的一个低通滤波器，该滤波器将交流信号基本滤除，只留下直流电压，因此输出电压为一个直流信号，因此之前所论述的输出电压被钳位的理论依然是正确的且也和式1不冲突。即在升压电路中，电感通过周期性电荷充电使电压升高，所以这种电路还有个名称叫“电荷泵”。如果一个周期不行那就多个周期，直到满足闭环控制回路输出的要求。

在建立了电荷充电能够使电压升高的概念后，现在可以引入峰值电流控制了，所谓峰值电流控制就是当电感上的电流达到一定的值时，将电感关断，此时这些电流将流入电容。

图1 升压电路

在图1中，作为取样电阻，当电感电流增加时，流过取样电阻的电流增加，两端的电压增加，通过检测该电压值即可知道电流的大小，进一步对最大电流进行控制。

2、峰值电流控制的稳定性分析

在一个开关周期内，当电感充电时间小于等于放电时间，此时电感在关断期间必然使电流减小到0，参看《开关电源电路的艺术（boost电路一个典型设计1）》中的式1和式2，或直接由伏秒平衡得出。这里在matlab环境下搭建了一个仿真模型，该模型的主要结构框图如下：

图2、MATLAB电流控制模型

该模型以1V输入并将电压升至15V，该模型包括两个环路，内环为电流环，外环为电压环，由于，电压环负责电路的精确比较，电流环负责对电感充电和放电。其中SR锁存器负责形成电流开关控制，关于SR锁存器的工作原理请自行搜索，这里仅做如下解释（当R为高电平时，Q为低电平；当S为高电平且R为低电平时，Q为高电平；当S和R均为低电平时，电路处于保持状态即电路初始状态初始为高电平则此时仍为高电平，初始为低电平此时仍为低电平）。

脉冲控制模块：当输入大于某个门限时，置高电平，否则置低电平；

电压比较模块：用于和参考电压做比较，当参考电压大于输出电压（u）时，y为低电平，否则为高电平；

MOS管模型：当输入x是高电平时，y与输入电源相连（充电），否则与b相连（放电）；

电压控制：当ch为高电平时，y与u相连（允许电感充放电，或者允许振荡器震荡），否则y=0；

二极管模型：在电流下降沿对后级电容充电。

示波器用于观测模型中的输出信号。如图3是示波器的波形图：

图3 示波器波形图

第一栏为电感上的电动势变化，注意看图中的电压单位负反馈环节，该环节用于模拟反向充电，可以看到高电平为1V低电平逐渐往负方向移动。第二栏为电流的波形图，第三栏为输出电压的变化，第四栏是时钟信号。可以看到，仅在电感电流下降阶段对电容充电，且这样的下降沿逐渐增大（图4），因为反压增加的缘故。

图4 电流下降沿斜率增加

图5 全局充电时序

可以看到，当输出电压达到15V时，电感停止跳动，剩下的时序不做参考。

网上有很多关于峰值电流控制的稳定性分析的文章，但是我想说：任何脱离环路去直接分析开环传递的稳定性都是没有意义的，而网上偏偏充斥着大量的这种文章（不是说它不合理，而是它解释起来很“抽象”）

这里，我将电感减少到一定程度（电流增益增加）来解释环路震荡（不稳定的一种表现）图6很形象地阐释了该种情况，可以看到模型出现了大量的高频震荡。这是由于环路增益变大了导致环路失稳，关于环路稳定和奈奎斯特稳定判据有关，下期我们阐述这种判据的原理及图6波形的来源

图6 电感减小（电流增益变大）时震荡的图