一種適用于高頻電流模式轉換器的斜坡補償電路的設計與實現

摘要：PWM DC／DC轉換器的設計中，為了防止出現次諧波振蕩，需要引入斜坡補償電路，而傳統的斜坡補償電路通常在加法器處會引入附加的內部反饋環路，這會極大地限制系統帶寬。文中提出了一種簡單的結構來實現峰值電流模式下的斜坡補償。這樣可以減小斜坡補償中加法器對系統帶寬的限制，從而可以提高系統穩定性，使轉換器有更高的開關頻率。仿真結果表明，這種方法能實現電壓信號準確地相加。
關鍵詞：峰值電流模式；斜坡補償；加法器

電流模式PWM型DC／DC轉換器具有瞬態響應好，輸出噪聲小，對外同電路干擾小等優點，成為DC／DC的主流。但是，峰值電流模式PWM型DC／DC轉換器有一個特有的問題，就是當占空比大于0．5時，會出現亞諧波振蕩現象，解決這一問題通常采用斜坡補償的方法，即在電感電流采樣信號上疊加一定斜率的鋸齒波信號，如果這一斜坡信號的斜率大于電流采樣信號下降斜率與上升斜率差值的一半，亞諧波現象就會消失。傳統的斜坡補償電路是采用運放的負反饋接法實現加法器，這樣由于引入了內部負反饋回路，會限制系統的帶寬，從而會限制整個轉換器的開關頻率。
本文提出了一種新穎的斜坡補償電路，這里利用了電荷守恒定律，存電容兩端實現電流采樣信號與斜坡信號的相加，這樣就減少了一個內部反饋環路，從而減小了對系統帶寬的限制，使系統更加穩定，轉換器能有更高的開關頻率。

1 斜坡補償
1．1 斜坡補償的必要性
峰值電流模式PWM開關電源工作在CCM模式下且占空比(D)大于0．5時，系統存在穩定性問題，因為電感電流擾動量經過多個周期后逐級擴大，電感電流波形會出現低于開關頻率的包絡，電感電流紊亂，峰峰值增大，帶負載能力下降，輸出電壓紋波增加等不良現象，最終導致系統不穩定，整個系統由于擾動無法正常工作。
1．2 斜坡補償的原理
峰值電流模式PWM開關電源工作在D大于0．5時，內部電流環會不穩定。通常的解決方法是存電流內環加入斜坡補償電路。如果沒有斜坡補償，系統的穩定性如圖1所示。其中實線和虛線分別表示穩定時和受到擾動時電感電流波形，D表示占空比(0D1)，IE表示由誤差放大器設定的電感電流峰值，m1和m2分別表示電感電流上升斜率、下降斜率(m1、m2>0)，△I0是初始擾動電流。

可以看到，一個周期后擾動電流變為：