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開(kāi)關(guān)電源中的斜坡補(bǔ)償

大家好,今天我們來(lái)學(xué)習(xí)一下斜率補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題,斜率補(bǔ)償也被叫做斜坡補(bǔ)償,那為什么會(huì)出現(xiàn)斜率補(bǔ)償以及怎么解決這個(gè)問(wèn)題呢?今天我們來(lái)一探究竟。

在開(kāi)關(guān)電源DCDC變換器中,在采用電壓模式控制中,由輸出電壓反饋與電源芯片內(nèi)部鋸齒波載波信號(hào)比較產(chǎn)生PWM波進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)管的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的控制,這種控制方式并不需要考慮斜坡補(bǔ)償,而在電流模式控制中,控制環(huán)路中存在電壓控制外環(huán)和電流控制內(nèi)環(huán)兩個(gè)反饋環(huán)。其中的電流環(huán)為流過(guò)開(kāi)關(guān)管的斜坡電流信號(hào),它經(jīng)過(guò)采樣電阻轉(zhuǎn)換為斜坡電壓信號(hào),斜坡電壓信號(hào)和反饋比較電壓一起決定PWM的占空比。

1.為什么需要斜率補(bǔ)償

下面以Buck峰值電流控制為例,分析斜坡補(bǔ)償?shù)脑恚簣D1中正常無(wú)擾動(dòng)電感電流波形,電流的上升斜率為m1,下降斜率為-m2,m1和m2的值和電路拓?fù)溆嘘P(guān),以Buck變換器為例,電感的上升斜率m1=(Vin-Vout)/L,下降斜率-m2=-Vout/L。

圖 1 電感電流波形

無(wú)擾動(dòng)情況下,在電路工作的0~Don*T時(shí)間內(nèi),開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,二極管截止,電感電流線性增加,在Don*T時(shí)刻,電流達(dá)到峰值,電感電流為

Don*T~T時(shí)間內(nèi),開(kāi)關(guān)管關(guān)斷,電感電流通過(guò)二極管續(xù)流,電感電流線性下降,在T時(shí)刻,電感電流為

當(dāng)電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)下,

因此,在理想狀態(tài)下

圖1中電感電流不存在擾動(dòng)情況下的電流變化的波形:在沒(méi)有擾動(dòng)時(shí),電感電流在開(kāi)關(guān)周期初始時(shí)電流為iL(0);在Don*T時(shí),電感電流達(dá)到最大值ip;在T時(shí)刻,電感電流為iL(T)。

圖1中電感電流在存在擾動(dòng)下的電流波形:在t=0時(shí)刻存在一擾動(dòng)dL,其值在初始時(shí)變?yōu)?span>iL(0)=iL0+dL0,于是Buck電路的占空比由擾動(dòng)情況下的Don變?yōu)镈on-d,在t=(Don-d)*T,電感電流達(dá)到峰值;當(dāng)t=T時(shí),電感電流下降到iL(T)-dL1,電感電流在一個(gè)周期中的初始和結(jié)束時(shí)刻電流值不等,

由前面的分析可得

同理可得

   結(jié)合前面的公式可得

上式表明每個(gè)周期結(jié)束時(shí)的電感電流擾動(dòng)量等于周期開(kāi)始時(shí)刻的電感電流擾動(dòng)量與-m2/m1的乘積,可以得到

因此,只有當(dāng)時(shí),電感電流變化量才能趨向于0,由于

可得

綜上,在存在擾動(dòng)情況下必須滿足Don<0.5,如果想要解決這個(gè)限制條件,就需要斜率補(bǔ)償。

2.斜率補(bǔ)償

斜率補(bǔ)償一般是在iL上疊加一個(gè)電流ik,此時(shí)ip=iL+ik,如下圖所示

圖 2 加入斜率補(bǔ)償后電感電流波形

由上圖可得

由此可得,所以當(dāng)時(shí),擾動(dòng)就可以被逐漸減小并消除。n個(gè)開(kāi)關(guān)周期后

時(shí)方能滿足收斂。

假設(shè),則可得

所以

圖 3 占空比和斜率補(bǔ)償關(guān)系

  從圖3可以看出,在占空比0~1的范圍內(nèi),只有當(dāng)補(bǔ)償量在0.5~1范圍內(nèi)才能滿足擾動(dòng)量收斂。

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  • chenmingfu 2022-04-19 10:37
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