傳統(tǒng)電流模式的缺陷及改進方案：斜坡補償電路

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 傳統(tǒng)電流模式的缺陷及改進方案：斜坡補償電路 引言 開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關晶體管的導通和關斷的時間比率，維持輸出電壓穩(wěn)定的一種電源，它和線性電源相比，具有效率高、功率密度高、可以實現(xiàn)和輸人電網(wǎng)的電氣隔離等優(yōu)點，被譽為離效節(jié)能電源M目前開關電源已經(jīng)應用到了各個領域，尤其在大功率應用的場合，開關電源具有明顯的優(yōu)勢。 開關電源一般由脈沖寬度控制(PWM)IC、功率開關管、整流二極管和LC濾波電路構成。在中小功率開關電源中，功率開關管可以集成在PWM控制IC內(nèi)。開關電源按反應方式分為電壓模式和電流模式。電流模式開關電源因其突出的優(yōu)點而得到了快速的發(fā)展和廣

2、泛的應用。但是電流模式的構造決定了它存在兩個缺點:恒定峰值電流而非恒定平均電流引起的系統(tǒng)開環(huán)不穩(wěn)定:占空比大于50%時系統(tǒng)的開環(huán)不穩(wěn)定。 本文旨在從原理上分析傳統(tǒng)電流模式的缺陷及改良方案，之后分析一個實用的斜坡補償電路。 2.電流模式的原理分析 開關電源可以有很多種構造，但原理基本相似。圖1是電流模式降壓斬波fg(Buck)開關電源的原理圖。它和電壓模式的主要區(qū)別是增加了電流采樣電阻R3和電流放大器IA. R3的阻值一般很小，以防止大的功耗。功率管Ql在每個周期開始的時候開啟并維持一段時間Ton，通過濾波電感Lo對濾波電容C。充電、同時向負載提供電流，此時Lo上電流隨時間的變化率為 電感電流到

3、達一定值后功率管關斷，二極管D1起續(xù)流和鉗位作用。設DI的導通壓降為VZ，則此時 RI和R2分壓后和Vf 比較并放大，變?yōu)樾盘朧EA;同時R3兩端的壓降經(jīng)IA放大后變?yōu)樾盘朧IA，當VIA高于VEA時，相關控制電路將控制功率管關斷，從而到達調(diào)節(jié)占空比的目的。通過實時地調(diào)節(jié)占空比，輸出電壓可以穩(wěn)定在一個預先設定的值。上述工作過程的波形如圖2,實線表示連續(xù)工作模式，虛線表示不連續(xù)工作模式，其中Clock表示時鐘信號，VEA表示EA的輸出，VIA表示IA的輸出，IQ1是功率管的電流，ID1是二極管電流 電流模式由于采用了電壓一電流雙環(huán)控制顯著改善了開關電源的性能，主要表現(xiàn)在： 根本消除了Push-p

4、ull開關電源存在的磁通量失恒問題磁通量失恒會減弱電感的承壓能力，導致功率管電流不斷增大并終燒毀。電流模式在每個周期都限定功率管峰值電流，能徹底杜絕磁通量失恒. 電壓調(diào)整率顯著減小。當輸人電壓波動時圖1中的電流檢測電阻R3會立即檢測到峰值電流的變化，快速調(diào)整占空比，使輸出電壓穩(wěn)定 簡化了反應電路的設計LC濾波電路在頻率到達共鳴頻率 后，相移會接近值180，輸人到輸出的增益會隨著頻率的升高而迅速減小，這就增加了開關電源反應電路設計的復雜程度在電流模式中，濾波電感的小信號阻抗幾乎為零，這樣就只能產(chǎn)生90,相移，增益隨頻率升高而下降的速度也減小為實際LC濾波電路的一半。因此反應電路的設計可以大幅簡化

5、 改善了負載調(diào)整率。在電流模式中，誤差放大器的帶寬更大，因而負載調(diào)整率更好。 3.電流模式的缺點 3.1恒定峰值電流引起的電感平均電流不恒定 電流模式的實質(zhì)是使電感平均電流跟隨誤差放大器輸出電壓VEA設定的值，即可用一個恒流源來代替電感，使整個系統(tǒng)由二階降為一階。但在常用的峰值電流模式中，不同的占空比會導致不同的電感平均電流。這可以由平均電流的計算式看出: 其中Ip是峰值電流，dl是峰值電流和值的差值，T是時鐘周期，ton和toff分別為功率管開啟時間和關斷時間 如圖3所示，當由于某種原因使輸人電壓從Vdc1變化到Vdc2，電感電流的上升沿斜率將會變化(Vdc2-Vdc1)/Lo而下降沿斜率不變.占空比將從Dl變?yōu)镈2，電感電流的平均值從Iav1變化到Iav2，這往往會導致輸出電壓在一段時間內(nèi)振蕩 3.2 電感擾動電流引起的輸出振蕩 在輸入電壓不變的條件下，當由于某種外部原因使電感上的電流在一個下降沿結束時發(fā)生小的擾動AI，因