斜坡補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)例

電流模式下的斜坡補(bǔ)償?是一種用于解決峰值電流控制模式下特定問(wèn)題的技術(shù)手段。在電流控制模式下，開(kāi)關(guān)電源通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間比率來(lái)維持輸出電壓的穩(wěn)定。電流控制模式包括峰值電流控制和均值電流控制兩種，其中峰值電流控制模式通過(guò)控制電感電流的峰值來(lái)間接控制PWM信號(hào)的占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)?12。

斜坡補(bǔ)償?shù)脑砗妥饔?

斜坡補(bǔ)償?shù)脑硎窃陔娏骺刂骗h(huán)中引入一個(gè)與占空比成正比的斜坡電壓，以補(bǔ)償電感電流的變化。這種補(bǔ)償主要用于解決以下兩個(gè)問(wèn)題：

?恒定峰值電流引起的電感平均電流不恒定?：在常用的峰值電流控制模式中，不同的占空比會(huì)導(dǎo)致電感平均電流變化，導(dǎo)致輸出電壓振蕩。斜坡補(bǔ)償通過(guò)引入一個(gè)固定斜率的斜坡電壓，可以補(bǔ)償這種變化，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定?1。

?占空比大于50%時(shí)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定?：當(dāng)占空比大于50%時(shí)，電感電流的上升沿和下降沿斜率不對(duì)稱(chēng)，容易導(dǎo)致系統(tǒng)開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定。斜坡補(bǔ)償通過(guò)增加一個(gè)固定斜率的斜坡電壓，可以改善這種情況，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性?34。

斜坡補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)例

斜坡補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)步驟包括：

?計(jì)算輸出電感電流下降斜坡斜率?。

?計(jì)算反映到初級(jí)的電感電流下降斜坡斜率?。

?確定斜坡補(bǔ)償比例M和R1、R2阻值?。

?計(jì)算斜坡補(bǔ)償后加到芯片電流檢測(cè)輸入端的反饋電壓??1。

通過(guò)這些步驟，可以設(shè)計(jì)出適合特定應(yīng)用的斜坡補(bǔ)償電路，提升開(kāi)關(guān)電源在電流模式下的穩(wěn)定性和可靠性。

當(dāng)電流模式控制變換器的占空比超過(guò)50%時(shí)，變換器會(huì)在開(kāi)關(guān)頻率的次諧波頻率點(diǎn)出現(xiàn)振蕩，準(zhǔn)確地說(shuō)是在一半開(kāi)關(guān)頻率的地方，除非采取斜坡補(bǔ)償措施。今天，我就來(lái)談一談斜坡補(bǔ)償。

開(kāi)關(guān) 電 源 是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持輸出電壓穩(wěn)定的一種電源，它和線性電源相比，具有效率高、功率密度高、可以實(shí)現(xiàn)和輸人電網(wǎng)的電氣隔離等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為離效節(jié)能電源M目前開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域，尤其在大功率應(yīng)用的場(chǎng)合，開(kāi)關(guān)電源具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

開(kāi)關(guān) 電 源 一般由脈沖寬度控制(PWM)IC、功率開(kāi)關(guān)管、整流二極管和LC濾波電路構(gòu)成。在中小功率開(kāi)關(guān)電源中，功率開(kāi)關(guān)管可以集成在PWM控制IC內(nèi)。開(kāi)關(guān)電源按反饋方式分為電壓模式和電流模式。電流模式開(kāi)關(guān)電源因其突出的優(yōu)點(diǎn)而得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。但是電流模式的結(jié)構(gòu)決定了它存在兩個(gè)缺點(diǎn):恒定峰值電流而非恒定平均電流引起的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定:占空比大于50%時(shí)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定[21

本文 旨 在 從原理上分析傳統(tǒng)電流模式的缺陷及改進(jìn)方案，之后分析一個(gè)實(shí)用的斜坡補(bǔ)償電路2.電流模式的原理分析開(kāi)關(guān) 電 源 可以有很多種結(jié)構(gòu)，但原理基本相似。圖1是電流模式降壓斬波fg(Buck)開(kāi)關(guān)電源的原理圖。它和電壓模式的主要區(qū)別是增加了電流采樣電阻R3和電流放大器IA. R3的阻值一般很小，以避免大的功耗。功率管Ql在每個(gè)周期開(kāi)始的時(shí)候開(kāi)啟并維持一段時(shí)間Ton，通過(guò)濾波電感Lo對(duì)濾波電容C。

斜坡補(bǔ)償?shù)亩x

在電流模式控制下，當(dāng)電流達(dá)到一定大小時(shí) (由誤差放大器輸出設(shè)定) 開(kāi)關(guān)關(guān)斷。如果占空比超過(guò)50%，電感電流的上升時(shí)間就大于整個(gè)周期的50%，那么電流下降時(shí)間就小于一個(gè)周期的50%。

在較短的時(shí)間內(nèi)，電流還沒(méi)有來(lái)得及回到靜態(tài)初始值下一個(gè)周期接著又開(kāi)始了。下一個(gè)周期的初始電流變大，在接下來(lái)的這個(gè)周期里，電感電流很快就上升到參考點(diǎn)，使導(dǎo)通時(shí)間變短，占空比變得更窄;和上一個(gè)周期相比，這個(gè)周期的占空比減小到50%以?xún)?nèi)。但是這樣又導(dǎo)致關(guān)斷時(shí)間太長(zhǎng)，下一個(gè)周期電流的初始值太小，又使得占空比再一次超過(guò)50%。如此循環(huán)，電流以間隔一個(gè)周期過(guò)大和過(guò)小的方式出現(xiàn)振蕩。

如何實(shí)現(xiàn)斜坡補(bǔ)償?

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，斜坡補(bǔ)償基本上是在電流上疊加一個(gè)固定斜坡的信號(hào)。由于所疊加的斜坡是一個(gè)固定值，電流閉環(huán)的影響可以得到較好的抑制。事實(shí)上，斜坡補(bǔ)償?shù)恼嬲饔檬鞘箍刂骗h(huán)更像電壓模式控制。

可以這樣來(lái)理解：

電壓模式控制是用固定斜坡的鋸齒波和誤差放大器的輸出進(jìn)行比較。所以當(dāng)選擇的斜坡越來(lái)越大的時(shí)候，變換器就越來(lái)越像電壓模式控制，當(dāng)斜坡補(bǔ)償?shù)姆扰c電流信號(hào)幅度之比趨于無(wú)窮大時(shí)，就完全變成了電壓模式控制。剛才的說(shuō)法也同樣可以解釋?zhuān)弘娫摧p載時(shí)電流模式控制就變成了電壓模式控制。

電流模式控制的好處

從實(shí)用的目的來(lái)說(shuō)，用第二個(gè)環(huán)路，即內(nèi)環(huán) (見(jiàn)下圖) 的目的是為了控制電感電流，使電感影響不出現(xiàn)在功率回路的傳遞函數(shù)中。這是因?yàn)楣β驶芈返膫鬟f函數(shù)已經(jīng)包含了電流閉環(huán)回路在內(nèi)，因此電感的作用完全被環(huán)路包括在內(nèi)而不會(huì)出現(xiàn)在響應(yīng)特性中。這樣就不必?fù)?dān)心輸出。

諧振回路在高頻段，就只有一個(gè)極點(diǎn)(輸出電容)，相移是-90°而不是-180°。由于這些原因，電流模式控制要比電壓模式控制更加容易，而且也使得電流模式控制的帶寬可以更寬。

電流模式控制的局限性

一般地，電流模式控制用電阻(或者用電流變壓器)來(lái)檢測(cè)電流，并把電流信號(hào)反饋到PWM芯片。

但是，當(dāng)負(fù)載電流減小的時(shí)候，檢測(cè)到的電流自然也隨著減小。如果負(fù)載非常輕，電流信號(hào)小到可以忽略，系統(tǒng)中電流環(huán)就不起作用。