峰值电流控制中的斜坡补偿研究.doc

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1、本科毕业设计（论文）峰值电流控制中的斜坡补偿研究*燕 山 大 学2012年 6 月 本科毕业设计（论文）峰值电流控制中的斜坡补偿研究学院（系）：* 专 业：08级应用电子 学生 姓名：* 学 号：* 指导 教师：* 答辩 日期：2012年6月17日 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：里仁学院 系级教学单位：电气工程及自动化系 学号*学生姓名*专 业班 级08应电2班题目题目名称峰值电流控制中的斜坡补偿研究题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）。2.文管类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）。题目类型1.毕业设计

2、（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容讨论峰值电流控制DC/DC变换器中的稳定性问题；分析解决稳定性问题的斜坡补偿原理及实现方法；以Boost变换器为例，设计斜坡补偿电路；基本要求输入电压：48V，输出电压：200V；主电路工作原理分析；控制电路设计；参数设计；MATLAB闭环仿真；画A0图纸一张；参考资料何亮，方宇等。峰值电流控制DC/DC变换器的恒值限流方法，电工技术学报，2006，21（10）；中国期刊全文数据库、维普中文科技期刊全文数据库、万方学位论文全文数据库文献。周 次14周58周912周1316周1718周应完成的内容查阅文献撰写综述

3、准备开题电路原理分析开环仿真准备中期检查控制方案设计参数计算闭环仿真撰写论文画大图准备答辩指导教师：*职称： 讲师 2011年 12 月 30 日系级教学单位审批： 年 月 日摘要相比传统的线性电源，DC-DC开关电源由于具有高效率、高可靠性、体积小等优点，使其成为国内外研究的热点。电流模式DC-DC开关电源具有响应速度快、稳定性高、内在限流保护等特点在电源管理芯片中得到了广泛的运用。在这一背景下，本文以Boost变换器为例，设计峰值电流控制的斜坡补偿电路；输入电压48V，输出电压200V。本文主要研究电流模式DC-DC开关电源中斜坡补偿理论，分析了电感电流扰动导致控制环路产生不稳定的原因，给

4、出抑制这种不稳定因素的处理办法即斜坡补偿方法。针对此问题提出斜坡补偿设计思想，在此理论基础上完成了相应的斜坡补偿控制电路路设计。本文中完成了DC-DC开关电源系统的各个单元电路设计与分析，重点分析斜坡补偿控制电路的设计。最后采用MATLAB软件进行仿真。通过整体仿真，实现稳定电压，系统具有良好的负载调整特性和快速的稳态恢复时间和优良的电源调整率。关键词开关电源，峰值电流模式，斜坡补偿AbstractThe switch power possesses the advantages of high efficiency, high reliability and compact size com

5、pared with conventional linear power which becomes a pop research object home and abroad. Due to its characteristics of fast response, good stability, inherent current limiting, current-mode controller has been widely applied in power management circuits. In this background, this paper to Boost conv

6、erter as an example, the design of peak current control slope compensation circuit; the input voltage 48V, output voltage 200V.This paper mainly studies the current mode switching power supply DC-DC slope compensation in theory, analysis of inductor current disturbance causes the control loop to gen

7、erate unstable reason given, inhibition of the unstable factors approach that slope compensation method. The slope compensation design, on the basis of the theory to accomplish the corresponding slope compensation control circuit design. This paper completed the DC-DC switching power supply system e

8、ach unit circuit design and analysis, focusing on the analysis of the slope compensation control circuit design. Finally using the MATLAB software simulation. Through the simulation, to achieve stable voltage, the system has a good load regulation characteristics and rapid steady state recovery time

9、 and excellent power adjustment rate.Keywords Switch power supply, peak current mode, slope compensation 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2开关电源的发展阶段21.3开关电源的发展趋势41.4论文的主要内容和设计目标41.5本章小结5第2章 电流峰值控制62.1 开关电源基础知识62.2 升压型(BOOST)变换器电路72.2.1工作原理和工作过程72.2.2稳态波形和主要参数计算82.3 电流峰值控制112.3.1 电流峰值控制的概念132.3.2 电流

10、控制的稳定性问题152.4本章小结20第3章 斜坡补偿电路设计213.1锯齿波补偿稳定电流控制的稳定性分析213.2常见的几种斜坡产生电路253.2.1线性斜坡253.2.2 n阶线性斜坡273.2.3带箝位的斜坡补偿电路313.2.4可外同步的斜坡补偿电路323.2.5非线性斜坡产生电路323.2.6总结这几种斜坡补偿电路333.3本章小结34第4章 仿真结果354.1仿真354.2本章小结40结论41参考文献42致谢43附录144附录247附录350附录454附录560第1章 绪论1.1 课题背景随着电子技术的飞速发展和不断创新，电子电力设备与人们工作和生活的关系日益密切，其性能的优劣直接

11、关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作，由此也带来了电源管理技术的腾飞。电源市场预计在未来几年内将高速率增长。各电源管理芯片厂商积极与厂商和相关供应商进行密切配合，努力开发出效率更高、体积更小、更高集成度的设备。目前常用的稳压电源分为线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源是开关稳压电源的前身。开关电源与线性电源相比具有下列优点:首先，它可以产生高于未稳压的输入电压甚至与输入电压极性相反的输出电压。它可以提供多个输出并相互隔离，并且还可以直接与交流电源连接进行工作而不需要庞大的电源变压器。其次，开关电源的效率很高，通常能到达90%以上。它通过将功率管用作周期性的转换开关来达到高效率，在这

12、种情况下功率管处于截止状态消耗的功率为零，处于饱和状态消耗的功率P，由于跨在闭合开关管两端的电压V很小，所以这个功率值也很小，因此一个开关型的功率管消耗的功率远远小于一个线性放大工作的功率管，而且开关电源所需要的电感和电容在对能量转换时至少在理想情况下不消耗能量，所以开关器件与低能耗的器件结合使开关电源具有比同类线性电源更高的效率。电源市场近年来经历了持续高速增长，它已经从过去不太复杂的分立电子电路演变为当今具有较强功能的集成电路模块；电源稳压的方式，由传统的线性稳压发展到今天的非线性开关稳压，稳压电路也由简单变得复杂，电源技术正从过去依附其它电子设备的状态，逐渐演变成为一个独立的电路系统门类

13、。在微电子技术日益发展的今天，除了为了方便人们的携带，对性能和待机时间延长的要求在日益提高，尤其是对高可靠性和快速动态响应等的追求。这就要求更高效率的直流电压转换器，在常用的DC-DC, LDO、电荷泵等直流电压转换器中，DC-DC转换器的效率最高，尤其是在采用同步整流时，其转换效率可以达到85-95%。【1】【2】开关电源使用的电容、电感以及功率MOS等元器件其寿命决定了开关电源的寿命。同时具备良好的线性调整率和快速的输入输出动态响应。在系统结构方面采用电流模控制方式，引入电流反馈，改造系统的开环频率特性，电压环的开环传递函数不再有低频共轭极点，频率特性曲线也没有高的谐振峰，电压环可选较高的

14、开环增益，不仅使电路的补偿变得简单，同时也提高了系统的稳定性，进一步提高了系统的高可靠性。开关电源中采用峰值电流控制可以对电感的峰值电流进行逐个脉冲限制，简化了过载保护和短路保护。DC-DC开关电源利用电感作为储能元件，为负载提供持续不断的电流，并且能够提供大的负载驱动电流，变化比较灵活，通过不同的拓扑结构Buck, Boost, Buck-Boost，Cuk等可以实现降压、升压、升降压和电压翻转等功能。总而言之，高可靠性能电源模块的实现将会给便携应用市场带来新的发展契机，会给人们带来更多功能强大、高效、操作简便的各类电子产品。1.2开关电源的发展阶段开关稳压电源取代线性稳压电源已经有30多年

15、历史，最早出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率管工作于开关状态，后来脉宽调制(PWM)控制技术有了发展，用以控制开关变换器，得到PWM开关电源。PWM开关电源效率可达65-70% , 而线性电源的效率只有30-40。这些问题在发生世界性能源危机的年代，引起了人们的广泛关往。线性电源工作于工频，因此用工作频率为20kHz的PWM开关电源替代，可大幅度节约能源，在电源发展史上被誉为20kHz革命。三十多年来开关电源经历了二个重要的发展阶段:第一个阶段是功率半导体从双极型器件发展为MOS型器件，使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。开关速度快的功

16、率场效应晶体管(MOSFET)出现，耐压高、电流大的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的容量与性能的提高，开关电源的发展才具有良好的物质条件。第二个阶段自20世纪80年代开始，高频化和软开关技术的研究开发，变换器性能更好，重量更轻，尺寸更小。高频化可以缩小感性和容性元件的体积和重量，但频率越高，开关损耗越大。人们研究了开关过程中开关器件的电压和电流不交叠的技术，即所谓零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）技术，总称为软开关技术（相对于PWM硬开关技术而言）。除了减小开关损耗外，应用软开关技术还可以大大降低开关噪声、减小电磁干扰。高频化和软开关技术是过去20年电力电子界电力电子界研究的热点之一。

17、第三个阶段自20世纪90年代中期开始，集成电力电子系统和集成电力块技术开始发展。电源是一切电子设备的动力心脏，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性。当代高性能开关电源系统普遍采用基于峰值电流控制的电流模反馈结构反馈，反馈环路包括电流内环与电压外环。【3】电压外环针对功率级中“控制到输出”的传输特性进行补偿，由于“控制到输出”传输函数的极点为LC滤波网络决定的一对共轭复极点，其较低的特征频率决定了电压外环回路的带宽，限制了系统瞬态调节性能的提高。电流内环的引入，消除了功率级中LC形成的共轭复极点，使电压外环变为分离的双实极点系统，其中高频极点在半开关频率附近而可忽略，使电压环路带宽增加

18、成为可能。因此，单纯的电压单环控制系统其动态调节性能与电流模双环控制系统相比明显处于劣势。然而，电流模双环反馈回路增加了系统稳定控制的难度，即除了使电压外环稳定外，电流内环也必须稳定。斜坡补偿是实现电流环内环稳定控制的主要技术手段，因此成为开关电源电流模双环反馈控制系统所特有的问题，是实现双环控制系统稳定的必要前提和基础。所谓斜坡补偿，就是在DC-DC变换器的电流反馈环路中加入斜坡电流信号，减小或消除由于电感电流扰动而导致的系统开环不稳定。斜坡补偿不仅能增加电路稳定性，使电感电流扰动收敛，抑制次谐波振荡和振铃电感电流。峰值电流模PWM控制方式最主要的应用障碍是容易振荡及抗噪声性差，引起振荡的来

19、源包括器件开启时引起的电流尖刺、噪声干扰、斜率补偿瞬态幅值不足等，另外容易在开机启动及电压或负载大幅度突变时发生振荡。但是只要设计合理，斜坡补偿量足够，同时采用最小导通时间来避免器件开启时的反向恢复引起的电流尖刺等噪声源，并在版图设计时注意器件的布局，完全可以消除掉这些缺点。1.3开关电源的发展趋势未来的开关电源呈现以下的发展趋势：【4】（1）小型化、轻量化开关电源的体积、重量主要由储能元件(磁性元件和电容)决定。因此，开关电源的小型化实质上就是尽可能减小储能元件的体积。（2）高频化。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感以及变压器的尺寸，而且还可抑制干扰、改善电源系统的动态

20、性能。（3）高效率。作为电源，效率是重要的关键指标之一。高频化的结果，使开关损耗显著增加。软开关变换技术，它在理论上可使开关损耗降为零，它是电源技术研究的热门课题。（4）高可靠性。开关电源使用的元器件大大少于线性工作电源，因此提高了可靠性。电容、光电耦合器以及功率MOS等元器件的寿命决定开关电源的寿命。因此，要尽可能采用较少的元器件，提高集成度。另外，开关电源的工作效率高，会使自身发热减少、散热容易，从而达到高功率密度、高可靠性。（5）低噪声和良好的动态响应。开关电源的缺点之一是噪声大。单纯追求高频化，噪声也会随之增大。采用部分谐振转换电路技术，既可以提高频率，又可以降低噪声。1.4论文的主要

21、内容和设计目标本文主要以Boost变换器为例主要研究峰值电流控制DC-DC转换器的稳定性问题以及分析解决稳定性问题的斜坡补偿电路原理及实现方法，探讨各种斜坡补偿技术的优缺点，最后设计一款稳定性比较高的峰值电流控制Boost转换器斜坡补偿电路。本文研究的斜坡补偿，占空比范围为0.5-1. 频率为20KHz，输入电压：48V，输出电压：200V。1.5本章小结本章分别讲解了本课题的背景，开关电源的发展阶段、国内外研究现状以及发展趋势。最后整体描述了本论文目的和设计目标。第2章 电流峰值控制2.1 开关电源基础知识开关电源是利用现代电力电子技术，【5】控制半导体开关器件导通和断开的时间比率，达到输出

22、电压稳定的一种电源。开关电源一般由主电路和控制电路构成。构成开关电源主电路的元件，包括输入电源、开关管、整流管以及储能电感、滤波电容和负载，它们共同完成电能的转换和传递，合称为功率级。控制电路则通过控制功率开关管的通断，实现调节输出电压恒定在设定值的要求，从而控制主电路的工作状态，使主电路从输入电源处获得的能量和传送到负载的能量维持平衡。通常，当输入电压及输出端的负载在一定范围内变化时，负载电压可以维持恒定。开关电源分类相当烦杂，根据不同的分类标准可以分为不同的类型。按开关管的激励方式可以分为自激式和它激式，自激式不需专设振荡器，开关管兼做振荡管，它是由开关管与高频变压器构成正反馈回路来实现自

23、激振荡，它激式需要一个专用的振荡器，利用振荡器产生的开关脉冲来控制开关管的导通和截止；按开关稳压电源输入和输出之间的联系分为隔离型与非隔离型两种，这里的隔离指交流输入与直流输出的隔离，隔离是由工频变压器完成，有工频变压器的开关电源为隔离型，没有工频变压器为非隔离型;按开关管的连接方式分为串联式和并联式，开关管串联在输入电压和负载之间为串联式，开关管并联在输入电压和负载之间为并联式，串联式属于降压稳压电路，并联式属于升压稳压电路；按输入输出电压类型可以分为:AC-AC开关电源、DC-DC开关电源、AC-DC开关电源、DC-AC开关电源。DC-DC开关电源是将一种直流电变换成另一种形式直流电的设备

24、。它的应用范围最广泛，主要对电压电流实现变化。DC-DC开关电源可以分为:升压(BOOST)型开关电源、降压(BUCK)型开关电源、极性反转(BUCK-BOOST)型开关电源。以下详细分析升压型DC-DC开关电源工作原理，其他形式开关电源工作原理不做介绍。2.2 升压型(BOOST)变换器电路Boost型变换器也叫并联开关变换器或者升压式开关变换器。【6】当要求较高输出电压的场合就经常使用升压式变换器电路。Boost变换器由一个电子开关S，二极管D，电感L，电容C和一个基本负载电阻R构成，如图2-1所示。它属于非隔离式变换器。图2-1 Boost变换器电路与串联式开关变换器相比，并联式升压变换

25、器有较小的射频干扰和较低的噪音等优点。为了叙述和分析问题方便，设开关的闭合导通时间为，断开的时间为，开关的周期为。我们用占空比D来描述开关S接通（闭合）的时间和工作周期的比例关系。占空比D的定义为： （2-1）2.2.1工作原理和工作过程 开关闭合状态和开关断开状态下的等效电路如图2-2（a）、（b）。开关闭合时，能量从电源注入并存储于电感L之中。由于二极管D被反偏，负载电流完全由滤波电容通过释放电荷的形式提供。当开关关断之后，由于电感中的电流不能突变，将产生左负右正极性的电势，这个电势与输入电源叠加并迫使二极管导通将电感储能馈送至输出端。开关闭合的时间越长，电感中电流也就越大，磁储能也就越多

26、，开关断开期间向输出端馈送的能量越多，因此输出端的电压也就越高。这样，调节占空比D就可以调节输出电压。同样，当输入电压发生变化时（变高或变低）也可以通过改变占空比达到稳定输出电压的目的。 （a） （b）图2-2 Boost变换器两种开关状态下的等效电路上述分析表明：在并联式开关变换器电路中，电感的作用是赋能。它在开关闭合期间从输入电源中提取能量，在开关断开期间以泵升的形式馈送给输出端完成能量的变换与传递。2.2.2稳态波形和主要参数计算 本章节中只研究电感电流连续的情况。电感电流连续时Boost变换器的工作波形如图2-3（1）变化器的电压增益M由图2-2（a）可以列出开关闭合时的电路方程。由于

27、此时电路可以划分成独立的两个部分单独考察，因此输入部分为： （2-2） 图2-3 Boost变换器电感电流连续的工作波形（CCM）考虑初始条件可得电感电流变化规律：（2-3）式中：是电感电流最小值，在时电感电流达到最大： （2-4）另外，根据等效电路图2-2（b）和假设，开关断开后电路的微分方程为： （2-5）此时的初始电感电流是，因此其解为： （2-6）在时电感电流达到最小。注意到稳态时一个周期内的电感电流净变化量为零的基本特征，开关断开末期，电感电流的最小值应该等于下一个周期开关闭合时刻电感电流的初始值。所以有： （2-7）将式（2-4）和（2-7）相加，并注意到:及可以得到输入电压、输出

28、电压和占空比三者的关系式，如下： （2-8）由于D是恒小于1的，所以输出电压总是大于输入电压，电压增益恒大于1，因此又叫升压变换器。（2）输入电流与输出电流的关系设电路中的元件都是理想的，没有功率消耗。因此，周期内下列功率平衡关系式成立： (2-9)将式（2-8）的关系带入上式并注意到输入电流就是电感电流，得到输入电流与输出电流的关系： (2-10)（3）输入电感L由于电感电流就是输入电流，电感电流的波动状况直接关系到电路的工作噪音和电磁兼容性指标，因此电流的波动越小越好。小的电流波动不但可以降低对器件的要求还可以有效减少开关损耗。所以有必要选择合适的电感。如果我们用相对值来描述电感电流的相对

29、波动情况：由式（2-4）知： （2-11）利用（2-8）（2-11）的关系就可以得到计算输入电感的公式： （2-12）易知，当=1时对应的是临界电感值。（4）输出纹波系数由于在开关闭合期间输出电流完全电容放电提供，并引起输出电压下降形成纹波。且由假设，由于电容足够大，所以电压波动很小，可以认为放电电流I0不变，所以： （2-13）根据纹波的修正定义可以写出： （2-14）由式（2-14）可以确定滤波电容的数值。2.3 电流峰值控制为了使整个DC-DC开关电源转换系统能够稳定运行，需要对输出信号采样，并引入负反馈。依据反馈控制量的类型，开关电源变换器控制模式可以分为电压控制模式和电流控制模式。电

30、压控制模式是对输出电压进行采样，作为反馈控制信号实现闭环控制，以稳定输出电压。在其控制过程中，电感电流没有参与控制是一个独立的量，变换器是一个二阶系统。【7】由控制领域知识可知二阶系统的稳定是有条件的，只有通过对控制回路的精心设计才能达到稳定的条件，使闭环系统稳定工作。电压模式控制具有以下优点【8】:（1）单环控制，设计简单;（2） PWM三角波幅值较大，脉冲宽度调节时具有较好的抗噪声裕量;（3）低输出阻抗有利于多输出;（4）从输出端引出采样信号，对输出电压和负载的变化均有较好的响应特性;（5）占空比调节不受限制。同时具有以下缺点:（1）对输入电压的变化动态响应较慢;（2）补偿网路设计本来就较

31、为复杂，闭环增益随输入电压而变化使其更为复杂:(3)环路存存两个极点，需要增加一个零点来进行补偿。电流模式包括电压反馈环路和电流反馈环路，它是针对改进电压模式的缺点而提出的一种控制方式。【9】电流模式的两个反馈环，一个是检测输出电压的电压反馈外环，另一个是检测电感电流且具有逐周期限流功能的电流内环。【10】电流模式双环控制技术的基本思想是以电压外环检测输出变化所带来的影响，电流内环检测电感电流变化，即输入电压的变化所带来的影响，这些变化控制PWM比较器的输出进而控制功率开关MOS管，使电感(或开关)电流的峰值电流直接跟随电压调节器的输出而变化。这样构成的电流、电压双环转换器瞬态性能好、稳定精度

32、高，此外还具有内在对功率开关电路的限流作用。在实际设计时，首先设计保证电流内环的稳定，然后在内环稳定的前提下，保证电压外环的稳定。电流模式与电压模式相比具有以下优点:1、对输入电压变化瞬态响应快(线性调整率高，电压前馈特性)采用电压模式控制的系统仅有单一的电压控制环，该系统具有一对高Q值的开环共扼极点，在开环频率特性曲线上表现为一个很高的谐振峰，使系统更容易振荡。而在电流模式中，输入电压变化会立即引起晶体管导通时间调整是电流模式固有特性，这种响应无需经过输出变化反馈到误差放大器后才发生，所以立即响应，不会有时间上的延时。在采用电流模后，电压环的开环传递函数不再有共轨极点，频率特性曲线也没有高的

33、谐振峰，电压环可以选用较高的开环增益，提高系统的动态特性，响应速度加快，同时保持很好的稳定性，稳定域也得到了扩大。2、改善负载电流调整与电压模式相比，电流模式有更强的负载电流调整能力，同时具有快速限制电流的能力，可以达到保护器件的目的。因为电压前馈所以电流模对输入电压调整好，电流模中误差放大器有着更大的带宽，因而有较好的电流调核能力。在该双环控制中，电流内环只负责输出电感的动态变化，因而电压外环仅需控制输出电容，不必控制LC储能电路。由于这些，峰值电流模式控制具有比起电压模式控制大得多的带宽。3、防止磁心饱和，简单的磁通平衡功能。因为电流采样波形s。峰值与输入电压v;。成正比.当峰值与误差放大

34、器输出v相等时，导通时间结束。当磁心偏离平衡区域，开始趋向与某一方向饱和时，电压v;上升将呈上凹形状，并且很快达到v，使导通结束。此时磁通增长也被终r_。而在接下来的半个周期内，由于另一个开关管导通时间并未减少，所以磁心磁通恢复而不致饱和。交替电流不等造成的偏磁现象不会才存在电流模式中。4、瞬时峰值电流限流功能，内在固有的逐个脉冲限流功能。电流模需要对电感电流进行采样，这样内部就必须具有电流采样网络，过流保护电路可以借助电流检测电路和一些简单辅助电路实现，可以实现峰值电流限流功能。5、自动均流平衡功能。2.3.1 电流峰值控制的概念 在DC/DC变换器中，【11】一般控制功率开关占空比的PWM

35、信号是由调制信号与锯齿波信号比较获得的，而在电流控制控制（CPM）中，用通过功率开关的电流波形替代普通PWM调制电路中的载波信号，与调制信号进行比较，以获得PWM调制信号。图2-4给出buck变换器采用电流峰值控制的原理图。图中，参考电压与变换器输出电压V（t）相减所得的误差信号经补偿网络放大作为PWM调制器的调制信号，而将流开关器件Q1的电流取样信号作为载波信号。每个开关周期之初，由时钟脉冲置位RS触发器，于是开关器件Q1导通，之后电感电流逐渐增加，如图2-5所示。当检测的电流信号大于调制信号时，比较器反转并复位RS触发器，这样功率开关被关断，电感L中的电流通过VD1续流。图2-4 电流峰值

36、控制方框电流峰值控制的突出优点是具备限流保护功能，提高了可靠性。另外，可防止在推挽式、桥式电路中变压器磁芯饱和问题。电流峰值控制的缺点是对电路噪声较敏感。另外，当占空比D0.5时，电流峰值控制本质上是不稳定的，与电路拓扑无关。一般通过加上一个锯齿波补偿信号，使电流控制稳定。本节首先讨论电流控制的稳定性问题。 图2-5 电流峰值控制原理2.3.2 电流控制的稳定性问题 对于基本DC/DC变换器，电感电流波形如图2-6所示，电流上升率m1、下降率-m2与电路的类型有关。对于Buck变换器，电感电流的上升率 ，下降率 。对于Boost变换器，电感电流的上升率 ，下降率 。对于Buck-Boost变换

37、器，电感电流的上升率 ，下降率 。 图2-6 变换器电感电流连续的电感电流波形下面以图2-7所示的Boost变换器为例，分析当采用电流峰值控制时，一个开关周期电感电流的变化情况。图2-7 Boost变换器在阶段1,时间区间0，开关器件导通，二极管关断，电感电流线性增加，如图2-6所示。当t= ，电感电流电流指令值 （2-15)在阶段2，时间区间，,开关器件关断，二极管导通，电感电流通过二极管续流，电感电流线性下降。当t=,，电感电流为 (2-16)将式（2-15）带入式（2-16），得到 (2-17)一旦电流峰值控制达到稳态时，一个开关周期初时的电感电流值应等于开关周期末时的电感电流值 (2-

38、18)结合式（2-17）和式（2-18），得到=0 (2-19)另外，当达到稳态时，占空比d为D，为，于是由式（2-19），得到 (2-20)下面分析扰动前、扰动后电感电流的变化。如图2-8所示，在没有扰动前，电感电流在开关周期开始的初始值；在 ，电感电流达到电流指令值；当，电感电流下降到，=。由图2-8（a）中扰动前的电感电流波形，可得到指令值与电感电流初始值=和占空比D的关系： （2-21)（a）电感电流扰动波形(b) 电流扰动细部图图2-8 电感电流扰动波形假设在t=0时刻电感电流有一扰动。其值变为，于是造成占空比从稳态时的D扰动为D+。在，电感电流达到电流指令值；当，电感电流下降到。这

39、时电路进人暂态过程，电感电流在一个开关周期初的值不等于开关周期未的值。由图2-8（a）中扰动后的电感电流波形，可得到电流指令值与扰动后电感电流初始值和占空比的关系： （2-22）式（2-22）减去式（2-21）得： （2-23）类似可推得： （2-24）结合式（2-23）和式（2-24）得： （2-25）上式表示一个开关周期末时的电感电流的扰动量等于开关周期初的电感电流的扰动量与因子的乘积。类似地可推得： （2-26）将式（2-25）代人上式得： （2-27）一般可以推得： （2-28）通过n个周期以后，电感电流的扰动量等于开关周期初的电感电流的扰动量与因子的乘积。由式（2-28），当时，通过

40、n个周期以后电感电流的扰动量： （2-29）上式表明，为使电流峰值控制满足稳定性条件，必须满足： (2-30)对峰值电流控制Boost变换器，结合式(2-20)和式(2-30)，得到峰值电流控制的稳定性条件： （2-31）化简得到峰值电流控制Boost变换器为实现稳定控制对占空比D的要求:D1，不满足峰值电流控制Boost变换器稳定控制条件式（2-31），因此电感电流不收敛，如图2-9所示。图2-9 D=0.6时，电感电流变成不稳定图2-10给出的情况为D=1/3，此时D/D=0.51，满足峰值电流控制Boost变换器稳定控制条件式（2-31）,因此电感电流收敛到稳定值，如图2-10所示。一般

41、，为了实现稳定的电流峰值控制，占空比D要限制在0.5以下。而从功率变换电路主电路优化的角度，通常希望占空比要设计得大于0.5，有利于提高功率器件的利用率和功率变换的效率，减少输出纹波。这样电流峰值控制稳定性条件与功率变换电路主电路优化设计之间发生了矛盾。锯齿波电流补偿技术就是为解决这一矛盾而提出的。图2-10 D=1/3时，电感电流稳定2.4本章小结对开关电源基础知识进行简单描述，对各种分类具有简单了解。又详细分析本文中所涉及到的升压型DC-DC开关电源工作原理，并详细作出各参数的运算公式。在之后初步讲解电压控制模式和电流控制模式，并对两种控制模式的优缺点进行比较。最后重点介绍电流控制模式中的

42、峰值电流控制。并分析峰值电流控制模式中的稳定性以及在峰值电流控制模式中引入斜坡补偿达到稳定状态。第3章 斜坡补偿电路设计PWM 反馈控制技术是电源芯片中常用的一种技术，其基本原理就是在输入、内部参数、外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关的动态脉冲宽度，使开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定。PWM控制方式主要有两种：电压模控制方式和电流模控制方式。电压模控制的取样信号有：输入、输出、输出电感、功率管源漏电压；电流模控制的取样信号有：输出、输出电感、开关器件峰值电流。下而介绍峰值电流模控制中斜坡补偿原理以及几款常用的斜坡补偿电路。3.1锯齿

43、波补偿稳定电流控制的稳定性分析图3-1a为具有电流补偿的电流峰值控制电路，补偿信号为，对应锯齿波补偿电流为，如图3-1b所示。引入锯齿波电流补偿信号是为了拓展占空比的工作范围，实现峰值电流稳定控制。控制信号与功率开关电流信号与补偿信号之和进行比较，如图3-2所示。加人锯齿波补偿信号后，比较器反转的条件发生变化，即功率开关器件Q1关断的条件变为： （3-1）即： （3-2） 如图3-2所示，加人锯齿波补偿后，电流指令值从恒定的变成脉动的修正电流指令值。下面分析为什么加入锯齿波补偿可以扩展电流蜂值控制时的占空比D的工作范围。由图3-3中扰动前的电感电流波形，可得修正后电流指令值与电感电流初始值和占空D的关系，如下 （3-3）由图3-3中扰动后的电感电流波形