开关电源驱动信号斜率补偿技术的研究

　　摘要：对电流型PWM控制器的扰动来源进行分析，给出了解决办法和几种比较实用的斜率补偿电路，如控制电压补偿方式和电流补偿方式，对改善开关电源驱动信号稳定性有很好的效果。最后给出了一种电流环补偿电路实例予以验证。

　　关键词：开关电源；斜率补偿；驱动信号

　　0 引言

　　开关电源以其高效率、小体积等优点获得了广泛的应用。近年电流型PWM技术得到了飞速发展。相比电压型PWM，电流型PWM具有更好的电压调整率和负载调整率，系统的稳定性和动态特性也得到明显的改善。

　　与电压型PWM比较，电流型PWM控制在保留了输出电压反馈控制外，又增加了一个电流反馈环节，给环路调试带来了一定困难。这种困难不仅仅是由双环反馈带来的，还要考虑通过电流环引入的谐波干扰。另外，电流采样信号通常来自于变压器原边，有比较大的开关噪声，特别是对于大功率模块会对环路的稳定性有很大的影响。

　　电流模式变换器工作在占空比大于50%和连续电感电流的条件下，会产生谐波振荡，这种不稳定性与稳压器的闭环特性无关。既然是独立于系统环路之外的扰动信号，就可以在保证系统环路稳定并具有一定的系统裕量的前提下，对电流环扰动单独处理。斜率补偿是比较常用的方法，现将其基本的补偿原理以及实际工作中使用的几种典型电路加以分析整理。

　　1 谐波振荡产生的原因

　　在t0时刻，开关管导通，使电感电流以斜率m1上升,该斜率是输入电压除以变压器原边电感的函数。t1时刻，电流取样输入达到由控制电压建立的门限，开关管关断，电流以斜率m2下降,直到下一个振荡周期开始。如果此时有一个扰动加到控制电压上，产生一个小的 ,就会出现不稳定情况。在一个固定的振荡周期内，电流衰减时间减少，最小电流在开关接通时刻(t2)上升了 。接下来电感最小电流在会下一个周期(t3)减小至 。在每一个后续周期，该扰动被m2m1相乘，在开关接通时交替增加和减小电感电流，要经过几个振荡周期电感电流减为零，使过程重新开始。由图示可知 ，如果m2/m1大于1，变换器将不能稳定工作。

　　另一方面，如果采样电流上升斜坡斜率较小，扰动信号同样会叠加上去，如果扰动尖峰过大，叠加之后的信号就会使PWM控制器内电流比较器误触发而翻转。

　　2 消除振荡的斜率补偿原理

　　2.1 调整控制电压斜率

　　当电感电流连续，其占空比小于50%时，由扰动引起的初始电流误差 会在随后的几个周期内自动的恢复，以达到真正的电流工作模式。

　　但是，在电感电流的占空比大于50%，其初始的误差 在后来的周期内没有减小反而加大了。其根本原因在于，当电感电流的占空比大于50%时，其电流衰减斜率m2与电流上升斜坡斜率m1之比大于1，这一点在上一部分已经阐述过了。所以，当有扰动进入时，引起的振荡不能自动收敛。

　　解决办法是要调整m2与m1的比值，既然正常的采样电流是固定的，只有通过外加的补偿来改变m1与m2的斜率，以达到m2/m1<1的目的。这样，就得到了两种斜率补偿的方法。第一种是通过补偿改变上升斜坡的斜率。

　　在控制电压上增加一个与脉宽调制时钟同步的斜坡，可以在后续的周期将 扰动减小到零。由 ，补偿的斜坡斜率为m，则扰动衰减规律为 。那么，在电感电流的占空比为100%的情况下，可得所需补偿斜坡的最小斜率为 。这就是我们用来选择补偿斜坡的基本条件。

　　2.2 加大采样电流斜坡斜率

　　当采样电流上升沿的斜率比较小，那么噪声信号叠加在该斜坡上时，就很容易引起电流尖峰瞬间超出控制电压而引起误触发产生振荡。为了获得稳定的工作，引入一个稳定的补偿斜面，加大采样电流斜坡的斜率，这样就能够对相同条件下的扰动起到一定的抑制作用。这种方法实际上也就是增加了上升沿的斜率，有效的控制了m2与m1的比值。

　　3 斜率补偿的外围电路设计

　　用的电流补偿方式有如下几种：

　　一种是在控制芯片的振荡脚（UC384X的4脚）和电流采样脚（UC384X的3脚）间直接加一个pF级的电容，这种补偿方式相当于给第3脚增加了一个自举信号，即振荡脚的振荡信号通过电容C3给3脚充放电，第二种是电阻式斜率补偿。

作者：
王彬1，张东来1，李彩生2
(1.哈尔滨工业大学深圳研究生院，深圳518055；
2.中兴通讯股份有限公司，深圳518004)
来源：《通信电源技术》