电流型PWM控制模式的斜波补偿

电流型DC一DC转换器是采用电流反馈环控制系统的集成电路,它的反馈信号取自输出电流,用反馈电流调整控制器的输出脉冲宽度改变脉冲的占空比,实现开关电源的稳压输出。误差信号控制峰值开关电流。

由于平均电感电流仅随误差信号的变化而变化,因此电感可相当于一个电流源。这样就使得集成电路几项性能得到改善,例如改善了电源的瞬态响应,电源调整率也得到改善,设计控制环路更简单,更容易。如果把电源的输出电压接到误差放大器的一个输入端,就组成了一个双环路电流型控制系统。

1次谐波振荡产生的原因

当控制信号方波的占空比大于50%时,电感电流连续时可能会出现低次谐波振荡。这种不稳定性取决于稳压器的闭环特性,由电感电流或者控制电压的扰动造成的。

2电感电流的扰动

由于电路工作过程中各种因素的影响,可能会造成电感电流突然发生变化。一般情况下,这种变化可以通过电路内部的反馈调节机制来重新达到一定的平衡。然而,在占空比大于50%时可能会产生低频振荡甚至是不稳定的状态。图1就是电感电流扰动时不稳定状态产生的示意图。

图1 电感电流的扰动引起的次谐波振荡

当占空比大于0%5时,由于电感电流上升时的斜率m1要小于下降时的斜率m2,每经过一个周期,电感电流的值偏离正常工作时的平衡值越来越大,系统变得不稳定。同时我们可以看到,如果占空比小于50%,即m1的值大于m2的值,那么,系统将在几个周期之后恢复到远离的平衡状态。

3控制电压的扰动

图2 控制电压的扰动引起的次斜波振荡

在t0时,开关导通开始,电感电流以m1的斜率上升。在t1处,电流检测输入达到由控制电压建立的门槛值,这就使功率开关关断并使电流以m2的斜率衰减,直至下一个振荡周期。如把一个扰动加在控制电压上,就产生一个小的△I(虚线),不稳定的情况就会出现。

4斜波补偿的方法与作用

为了解决电流型尸控制模式中出现的次谐波振荡问题,我们可以对电感电流△I上升的斜率进行补偿,也就是加大等效的m1,实际上也就相当于人为的减小了占空比,使其等效成占空比小于50%时的稳定情况。增加△I也就是增加电流反馈的到的电压,实际上和减小控制电压是等效的。所以在分析补偿作用时,我们来看减小控制电压的情况。具体应用过程中,两种方法都是可行的。图3所示的斜波补偿的原理图,-m3是引入的斜波信号的斜率,这个斜波信号的频率与PWM时钟同步。这样一来,经过一个周期后扰动量变为

图3 斜波补偿原理图

在电路设计中,由于斜波补偿信号的频率与PWM时钟同步,因此可以由振荡器得到补偿斜波,在振荡器的输出端接上一个一定大小的电容,通过电容的充放电,得到需要的斜波信号。

长期从事开关电源的研究，收集整流大量开关电源经典资料，快速提高开关电源设计水平，若有兴趣，私信