斜坡补偿电路在峰值电流控制模式中的应用

斜坡补偿电路在峰值电流控制模式中的应用

史永胜，张建飞，宁青菊，牛 力

【摘 要】介绍了电源驱动电路在峰值电流控制模式下的工作原理，分析了占空比D＞50%时驱动电路产生振荡和不稳定的原因，从理论上论述了电感电流的斜率，占空比与系统稳定性之间的关系，运用斜坡补偿的方法实现电源驱动电路在峰值电流控制模式下的稳定，给出了斜坡补偿的基本原理，设计步骤以及补偿电路，最后给出以UC3842为控制芯片的反激式变化器斜坡补偿电路设计实例。仿真与实验结果表明，斜坡补偿电路能够实现峰值电流控制开关电源在占空比D＞50%时稳定工作，保证了系统的稳定性和抗干扰能力。 【期刊名称】液晶与显示 【年(卷),期】2012(027)002 【总页数】6

【关键词】关 键 词：峰值电流；斜坡补偿；开关变换器；误差电压

1 引 言

电流控制模式下的开关电源驱动电路因其动态响应快，增益带宽大，补偿电路简单，输出电感小等优点被广泛应用于电脑电源；LED驱动电源等，它的性能直接影响着被驱动器件的寿命、效率和可靠性，因此，本文研究了在电流控制模式下开关电源的稳定性问题。

电流控制模式又分为平均电流控制模式和峰值电流控制模式，其中峰值电流控制模式在占空比D＞50%时，使得控制电路稳定性变差，电感电流随占空比变化引起次谐波振荡的产生，因此必须对电路进行斜坡补偿，本文主要介绍了峰值电流控制模式在反激式中的应用，分析了系统不稳定的3种原因以及谐波补

偿的必要性，并给出了斜坡补偿原理、方法步骤以及产生电路。

2 峰值电流控制模式下开关电源的工作原理

输出电压采样信号与参考电压在误差放大器中进行比较产生误差放大信号Vea，然后误差信号Vea再与电感电流采样信号在PWM比较器中进行比较产生控制信号，由于电感电流直接反应了电路状态的变化，且不需要经过误差放大器，直接输入到系统的比较环，因此，峰值电流控制模式与电压控制模式相比，具有更快的响应速度，但是在占空比D＞50%时，需要进行斜坡补偿。

目前补偿方式有两种：①将补偿信号叠加在电流采样信号上；②将补偿信号从误差电压信号Vea中减去，本文设计主要运用第一种补偿方式在反激电源中的应用，如图1所示。

3 系统不稳定因素的分析及补偿设计

由于峰值电流控制方式反馈的是电感电流的峰值，因此反馈电流不能全面地反映负载电流的变化，当占空比D＞50%时，系统发生振荡，因而，鉴于以下几点原因，峰值电流控制模式必须采用斜坡补偿［1］。 3.1 开环不稳定性［2－3］

在不考虑外部电压环的情况下，当恒频电流型变换器的占空比D＞50%时，就存在内部电流环不稳定的问题。图2是峰值电流控制的电感电流在扰动下的波形图，ΔI0为扰动信号，Vea为电压放大器输出电流设定值，M1，M2分别为电感电流上升沿和下降沿斜率。

经过n个周期误差为：，当M1＞M2使得＝0；表明图2（a）在D＜50%时，扰动在随后周期逐渐减小，趋于稳定；反之，M1＜M2使得→∞，表明图2（b）在D＞50%时，扰动在随后的周期中加大，造成不稳定或性能下降，所

以对图2（b）加入斜坡补偿，如图3所示。

图3是在峰值电流控制的电感电流在占空比D＞50%时的补偿电路，－M为斜坡补偿斜率，由几何关系知：

要使系统在加上补偿后稳定，则＝0，即 ＜1；又因为在稳定时DM1＝－（1－D）M2；所以峰值电流控制在加上补偿后系统稳定的充要条件： 3.2 峰值电流与平均电流误差引起的振荡

峰值电感电流控制模式是一种固定时钟开启，峰值电流关断的控制方法，由于峰值电流在实际电路中容易采样，而且在逻辑上与平均电流大小变化相一致，但是，峰值电感电流的大小不能与平均电感电流大小一一对应［4］，如图4所示。

对峰值电感电流与平均电流之间做误差定量分析：

由于反馈环保持VdcTon乘积不变，所以，只要Vdc变化，Ton也变化，推断出Iav处于变化中，不能与峰值电感电流一一对应（Vdc为电源输入电压，Is为初级峰值电流，Iav为平均电流，如图1所示）。

对峰值电感电流与平均电流不能一一对应而引起系统的振荡进行分析： 假设Vdc变大，即Vdc↑→Is↑→VS与Vea提前相等→Ton↓→VdcTon乘积不变（电流前馈调节，图1所示）；但是由式（2）可知：

Ton↓→Iav↓→V0↓→Vea↑→Vs与Vea推迟相等Ton↑ （电压反馈调节，图1所示），由于电流前馈调节和电压反馈调节使得PWM脉冲宽度Ton反复地被增大，减小，形成了系统振荡。所以，为了使电流前馈调节在保持VdcTon乘积不变前提下，也不影响电感平均电流Iav大小，就需要进行斜坡补偿，使得输出电感平均电流与晶体管导通时间Ton无关，如图5所示。