新南威尔士大学 阿客东 译
电流型变换器的斜率补偿
通过内部或电流控制回路,电流型控制器调整电感峰值电流。一个连续型的变换
器(BUCK),输出电流等于平均电感电流。在调整中,输出电压和电感是恒定值,
所以,VOUT/LSEC和 dL/dT,次级纹波电流,也是恒定值。根据 PWM 特性,在输出电
压的恒定时,dT 随输入电压的变化。根据恒定值 VOUTLSEC,这个 AC 纹波电流 dI 也
随 dT 变化而改变。
平均电流
当输入电压最大时,在初级和次级的 AC 电流也将达到最大值。见图 1,占空比
D1 对应平均电流 I1,和纹波电流 d(I1)。当输入电压减小到最小,纹波电流也达
到最小值。同理,占空比 D2,对应平均电流 I2,,和纹波电流 d(I2)。当输入电压
最小时,纹波电流也达到最小。调整初级峰值电流将产生不同的平均输出电流
I1和 I2。平均电流跟随占空比增加,当峰值电流和固定电压误差进行比较。
图 1 平均电流误差
恒定输出电流
为了获得一个恒定的平均电流,不受占空比的变化而改变,因此
要求
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斜率补偿。
精确的减低电压误差将会更快的加快脉冲宽度。不考虑 TON和 VIN,这个缩小了占
空比,产生了一个恒定的输出电流。这个斜率简单的补偿了从峰值电流到平均电
流。现在,输出电流 I1(对应 D1)和 I2(对应 D2)是相同的了。
图 2 恒定的平均电流
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确定斜率补偿
从数学公式上看,补偿斜率必须等于输出电感下降斜率的50%。关于这个论点可
以看文章“Modelling, Analysis and Compensating of the Current Mode
Controller,” (Unitrode publication U-97 and its references)。当占空比
大于50%时,开环工作电流就存在不稳定的问题。如果在开环上加一个斜率补偿
信号,则变换器可以在任何占空比情况下正常工作。从经验上说,75%的斜率补
偿是比较常用的。
电路的实施
方案
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在一个电流型PWM控制IC中,误差电压是通过误差放大器的输出和初级检测电流
叠加得到的。从这一点来说,这个斜坡电压既可以从误差电压中减去补偿斜率,
也可以加到初级检测电流上,两个方法得到相同的影响:降低脉宽宽度。增加补
偿斜率到初级检测电流是非常的方便的,就是把振荡器定时脚(RC)的电流检测
信号和斜率补偿信号直接相加。
电路中斜率补偿的参数计算
控制: Ton(最大)振荡器
∆VOSC是锯齿波形的峰-峰幅度
I 电流检测阀值(最大)
输出: Vsec次级最小电压
L 输出
IAC次级纹波电流
其他: Rsec电流检测电阻
M 斜率补偿量
N 转换比(Np/NS)
图 3 一般斜率补偿电路
由图 3 中振荡器输出至电流输入限电阻 R1和 R2构成电压分压器,叠加在初级电
流波形上。电容 C1是交流偶合电容,允许振荡器不用附加偏置电路,交流电压摆
动,电容 C2与 R1组成滤波器,抑制初级电流波形的前沿闪烁。R2对 R1的比率决
定增加斜率补偿精确的大小。
为了确定电阻 R2和 R1,电路中定时电容 CT、偶合电容 C1、滤波电容 C2从电路图
中除去。振荡器电压 VOSC是锯齿波形的峰-峰幅度。这个简化的模型为图 4。
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图 4 简化电路图
这些计算适用于电流型变换器用一个类似斜率补偿电路图。
第一步:计算电感下降斜率
S(L) = di/dt = VSEC/ LSEC
第二步:计算对初级的反射下降斜率
S(L) ’= S(L)/N
第三步:计算测试下降斜率斜坡电压
V S(L)’= S(L)’ * Rsense
第四步:计算振荡器充电斜率
V S(OSC) = d (vosc) / Ton
第五步:产生斜坡电压等式
利用叠加原理,电路简化为图 5。
图 5 叠加原理简化电路
简化为 V(RAMP)=VS(L)‘‘+VS(COMP)
其中,
和
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第六步:计算斜率补偿
VS(COMP)=MS(L)‘‘
其中M是电感下降斜率引入量。
求出R2
斜率补偿计算设计举例
电路拓扑:半桥变换器
输入电压:85~132V AC
输出:5V DC/45A DC
频率:200KHZ,T(周期)=5.0us
T(空载时间):500ns,Ton(最大)=4.5us(Ton导通时间)
转载比率:15/1(Np/Ns)
V(初级电压):90V DC 最小,186 最大
VSEC最小:6V DC
RSENSE:0.25Ω
ISEC(AC):3A(<10% IDC)
L(输出):5.1uH
图 6 射极跟随器
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1、 计算电感在次级边下降斜率:
S (L) = di/dt = VSEC/LSEC= 6 v/5.16 µh = 1.16 A/µs
2、 计算电感对初级变换斜率:
S (L)’ = S (L) • Ns/Np = 1.16 • 1/15 = 0.0775 A/µS
3、 计算在检测电阻上变换斜率电压:
V S(L)’ = S (L)’ • Rsense = 7.72 • 1O-2 • 0.250 =1.94•10-2 V/µS
4、 计算在定时电容上振荡器斜率:
S(osc) = d V osc/T on max = 1.8/4.5 = 0.400 V/µS
5、 设置斜率补偿量(M)=0.75和R1 = 1K
注:本文是U-111中斜率补偿的翻译(PRACTICAL CONSIDERATIONS IN CURRENT
MODE POWER SUPPLIES)。译文的后半部非本人翻译(译者不详)。由于本人是
电源新手,因此许多地方翻译生硬。不足之处,希望各位同行能及时指出,以便
本人及时改正。