摘要：介紹了電流模式開關(guān)電源的原理和特點(diǎn)。針對(duì)電流模式下會(huì)引起振蕩的現(xiàn)象，分析了系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因，論述了占空比、電感平均電流與系統(tǒng)不穩(wěn)定之間的關(guān)系。并論述了通過斜率補(bǔ)償解決系統(tǒng)振蕩的基本原理。設(shè)計(jì)了一款基于max16834驅(qū)動(dòng)芯片的高邊降壓型電路，給出了斜率補(bǔ)償設(shè)計(jì)實(shí)例。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，斜率補(bǔ)償增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性并提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。關(guān)健詞：開關(guān)電源；電流模式；斜率補(bǔ)償；驅(qū)動(dòng)電路0引言與電壓模式相比電流模式拓?fù)溆袃蓚€(gè)反饋環(huán)。一個(gè)是檢測(cè)輸出電壓的電壓外環(huán)，一個(gè)是檢測(cè)開關(guān)管電流且具有逐周期限流功能的電流內(nèi)環(huán)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，增益帶寬大，輸出電感小等優(yōu)點(diǎn)。但電流模式仍存在問題，電流內(nèi)環(huán)只檢測(cè)電感峰值電流，不能保證電感平均電流恒定。當(dāng)輸入電壓變化引起電感輸出平均電流變化時(shí)，負(fù)載電壓跟隨變化，出現(xiàn)振蕩。同時(shí)當(dāng)占空比大于0．5時(shí)，電感電流初始擾動(dòng)會(huì)隨著開關(guān)周期累積，雖最終衰減但形成振蕩。針對(duì)電流模式的振蕩問題，論述了斜率補(bǔ)償原理，通過斜率補(bǔ)償改善不穩(wěn)定現(xiàn)象。以max16834為控制芯片，設(shè)計(jì)了高邊降壓電路并給出斜率補(bǔ)償計(jì)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(gè)反饋環(huán)，包括由接收輸出電壓采樣信號(hào)的誤差放大器構(gòu)成的電壓外環(huán)和由接收初級(jí)峰值電流采樣信號(hào)的pWM比較器構(gòu)成的電流內(nèi)環(huán)。導(dǎo)通時(shí)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(jīng)pWM比較器比較確定。

內(nèi)部晶振出現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)，每次出現(xiàn)時(shí)鐘脈沖觸發(fā)器就置位使開關(guān)管導(dǎo)通。pWM比較器輸出為高時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，輸出低電平開關(guān)管關(guān)斷。即pWM比較器輸出由低變高的時(shí)刻就是導(dǎo)通結(jié)束的時(shí)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(dāng)Vi與Vea相等時(shí)，pWM比較器輸出由低變高，使觸發(fā)器復(fù)位，觸發(fā)器輸出低電平，開關(guān)管關(guān)斷。控制電路重復(fù)上述過程，出現(xiàn)一定的占空比，經(jīng)過電壓與電流的雙環(huán)控制得到穩(wěn)定的輸出Vo。2電流模式出現(xiàn)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(fù)載電流是電感電流的平均值。而電流采樣電阻Ri只能檢測(cè)開關(guān)管電流的峰值相當(dāng)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(huì)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(jīng)過pWM比較器導(dǎo)致輸出Vo再次變化，這樣反復(fù)的調(diào)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：[page]式中：Iav1
2．2擾動(dòng)累積形成振蕩電流模式控制不是用電壓誤差信號(hào)直接控制pWM脈沖寬度，而是通過控制峰值輸出端的電感電流大小，間接控制pWM脈沖寬度。如圖3所示。

圖3中：Ip為設(shè)定的電感電流峰值；△i0為電感上的擾動(dòng)電流；m1，m2為電感電流上升和下降頻率。圖3中電流模式的結(jié)構(gòu)決定了其應(yīng)用時(shí)存在電流內(nèi)環(huán)在占空比大于50％時(shí)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。由圖3可以得到式(2)：由式(3)知，占空比小于50％，即m2／m1<1，則擾動(dòng)經(jīng)過幾個(gè)周期后會(huì)自動(dòng)消除。占空比大于50％，即m2／m1>1，則每經(jīng)過一個(gè)周期，擾動(dòng)就會(huì)變得更大，當(dāng)擾動(dòng)新增到影響系統(tǒng)時(shí)，雙環(huán)開始調(diào)整形成振蕩。[page]3斜率補(bǔ)償原理根據(jù)式(1)和式(3)可知，輸出出現(xiàn)振蕩都和開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間有關(guān)。因此斜率補(bǔ)償原理就是在電流模式的控制量上疊加一個(gè)斜率信號(hào)，使得輸出電感的平均電流與開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間無關(guān)。3．1下斜坡補(bǔ)償下斜率補(bǔ)償是將一個(gè)負(fù)斜率電壓疊加到如圖1所示EA誤差放大器的輸出端。使得每個(gè)周期干擾信號(hào)都有衰減。原理如圖4所示。

令Vea為EA誤差放大器輸出電壓；Vi：采樣電阻峰值電壓；m1，m2為采樣電阻電壓上升斜率和下降斜率；加入負(fù)斜率m后，誤差放大器輸出：可知，只要保證m2／2·Ri=m就可保證電感平均電流與導(dǎo)通時(shí)間無關(guān)。3．2上斜坡補(bǔ)償相關(guān)于下斜率補(bǔ)償，上斜率補(bǔ)償是在電流采樣信號(hào)Vi上疊加一個(gè)正斜率電壓。且電路更容易實(shí)現(xiàn)。同樣也可以達(dá)到減少振蕩的目的。假設(shè)Vi上疊加的電壓斜率為dV／dt，則有：可知，假如dV／dt=m2／2，就能達(dá)到斜率補(bǔ)償?shù)哪康?。[page]4斜率補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果因?yàn)樯闲甭恃a(bǔ)償電路更簡單，實(shí)現(xiàn)更容易，常采用上斜坡補(bǔ)償。有電阻式補(bǔ)償和電容式補(bǔ)償方式。電阻式補(bǔ)償是在電流采樣腳疊加一個(gè)幅值分壓后的振蕩波形，但由于電阻會(huì)從按時(shí)電容上吸收電流影響頻率，一般會(huì)接一個(gè)射級(jí)跟隨器。電容式補(bǔ)償是在芯片振蕩器和電流采樣腳間直接加一個(gè)電容，相當(dāng)于給電流采樣腳加了一個(gè)自舉信號(hào)。實(shí)驗(yàn)波形如圖5所示。

設(shè)計(jì)一款基于max16834驅(qū)動(dòng)芯片的高邊降壓型電路。該電路采用電容式補(bǔ)償。先計(jì)算反饋電壓(電感電流)下降斜率：一般按照工程相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，Vslope取計(jì)算值的0．7～0．8之間。5結(jié)論利用斜率補(bǔ)償?shù)姆椒?，能夠改善電流控制模式開關(guān)電源在上述情況下的振蕩問題，增強(qiáng)了電源的抗干擾性。