電流模式BUCK型驅動電路斜率補償研究

摘要：介紹了電流模式開關電源的原理和特點。針對電流模式下會引起振蕩的現象，分析了系統不穩定的原因，論述了占空比、電感平均電流與系統不穩定之間的關系。并論述了通過斜率補償解決系統振蕩的基本原理。設計了一款基于max16834驅動芯片的高邊降壓型電路，給出了斜率補償設計實例。實驗結果表明，斜率補償增強了系統的抗干擾性并提高了系統的穩定性。
關健詞：開關電源；電流模式；斜率補償；驅動電路

0 引言
與電壓模式相比電流模式拓撲有兩個反饋環。一個是檢測輸出電壓的電壓外環，一個是檢測開關管電流且具有逐周期限流功能的電流內環。它具有動態響應快，增益帶寬大，輸出電感小等優點。但電流模式仍存在問題，電流內環只檢測電感峰值電流，不能保證電感平均電流恒定。當輸入電壓變化引起電感輸出平均電流變化時，負載電壓跟隨變化，產生振蕩。同時當占空比大于0．5時，電感電流初始擾動會隨著開關周期累積，雖最終衰減但形成振蕩。針對電流模式的振蕩問題，論述了斜率補償原理，通過斜率補償改善不穩定現象。以max16834為控制芯片，設計了高邊降壓電路并給出斜率補償計算方法。

1 電流模式原理
由圖1可以看出，電流模式含有兩個反饋環，包括由接收輸出電壓采樣信號的誤差放大器構成的電壓外環和由接收初級峰值電流采樣信號的PWM比較器構成的電流內環。導通時間由誤差放大器的輸出電壓Vea與電流采樣電阻Ri上的鋸齒形電壓經PWM比較器比較確定。

內部晶振產生時鐘信號，每次出現時鐘脈沖觸發器就置位使開關管導通。PWM比較器輸出為高時，觸發器復位，輸出低電平開關管關斷。即PWM比較器輸出由低變高的時刻就是導通結束的時刻。PWM比較器將峰值采樣電阻Ri上的鋸齒形電壓Vi和誤差放大器EA的輸出比較。當Vi與Vea相等時，PWM比較器輸出由低變高，使觸發器復位，觸發器輸出低電平，開關管關斷。控制電路重復上述過程，產生一定的占空比，經過電壓與電流的雙環控制得到穩定的輸出Vo。

2 電流模式產生振蕩的原因
2．1 輸入電壓變化引起振蕩
從電流模式的控制原理可知直流負載電流是電感電流的平均值。而電流采樣電阻Ri只能檢測開關管電流的峰值相當于恒定了電感電流的峰值，不能保證電感電流的平均值恒定。電感平均電流變化會引起輸出電壓Vo變化，由圖1可知Vo變化引起Vea變化。而Vi不變，Vea與Vi經過PWM比較器導致輸出Vo再次變化，這樣反復的調整造成輸出電壓的振蕩。
Vo變化由電感平均電流變化引起，電感平均電流可如下簡單推算：

式中：Iav1Iav2。由輸出電壓決定，m2為定值。因此從式(1)可知導通時間越長，電感平均電流越高。導通時間由輸入電壓確定，輸入電壓越大導通時間越短，即直流輸入電壓低時的電感平均電流值比輸入高時的平均值大。當輸入電壓下降時電流內環拉長導通時間，電壓外環縮短導通時間，兩者共同作用形成振蕩。如圖2所示。