开关电源中斜坡补偿电路的分析与设计

详解开关电源斜坡补偿的推导过程
我们首先假设，（BUCK电路为例）电感的电流波形以斜率m1上升，然后以斜率m2下降，在电感的电流达到峰值电流的时候限值电压（顶上的电
压横线）突然受到一个干扰时间为Δt，幅值为+ΔV的干扰后（限值电压升高），电感峰值电流达到原本的峰值电流后在Δt时间内继续上升，上升的电流幅值为ΔI，随后干扰消失，电感电流以m2的斜率下降，大致如下图，下面来
计算一下受到干扰后电流波形与原本的电流轨迹的差值ΔI1，ΔI2......ΔIn，是
越来越大还是越来越小，越大则不稳定，越小则稳定。

 上图中虚线为受到干扰后的波形，实线为原本的波形轨迹
 我们把实线的第一个峰值电流记做i1
 我们把虚线的第一个峰值电流记做i1_1
 i1_1 - i1=ΔI
 我们把实线的第二个峰值电流记做i2
 我们把虚线的第二个峰值电流记做i2_1
 有
 i2=i2_1 i1=in_1
 然后我们把时间点t1垂直建立一个坐标系，设时间轴t上的点t1为原点
 可以看出i1以m2的斜率下降了时间toff，i1_1以m2的斜率下降了时间toff-Δt，可得出结论i1和i1_1下降到时间点t2后，i1_1比i1少下降了时间
Δt
 则i1_1比i1降低的电流为Δt·m2
 由于原来i1_1比i1就高出了ΔI i1_1 - i1=ΔI。

电子元件及应用
２ 适 用 于 高 频 电流 模 式 转 换 器 的 斜 坡 补 偿
电路 的 实 现
本文 设计 的斜坡 电路 如 图３ 示 ，斜 坡 补偿 电 所
路包 括 电流 源，，电容 Ｃ ，电阻 ，开 关Ｖ Ｔ ， ２ ： Ｔ ，Ｖ 。
ＶＴ和反 相 器 ，这种 简 单 的结 构 没 有加 法 器 的 内 ４
可 以看到 ．一个 周 期后扰 动 电流变 为 ： Ａ １△ Ｉ ・ ＝
ｍ ｌ
整个 电路 工 作 原 理 如 下 ：逻辑 单元 产 生 一 个 充 放
电 的脉 冲来 控 制开 关Ｖ ， Ｔ 的开关 ，从 而控 制 电 容 的 充放 电 。当开关Ｖ Ｔ是关 闭 时 ，电流源， 电容Ｃ充 对
ｎ 周期 后 个
＝
【Ｊ
（ ２ ）
电。 此 时Ａ点 电压 线 性 增加 ，当Ａ 电压 超 过 点
当』小 于０５ ，此 时ｍ 大 于 ，所 以经 过 Ｄ ．时 个
电子 元件及应用
ｄ ｉ ０ ９ ９ ．ｓ ．５ ３ ４ ９ ． １ ．２０ ３ ｏ： ． ６ ／ｉ ｎ１ ６ － ７ ５２ ２０ ．１ １ ３ ｊｓ ０ ）
一
种适用于高频电流模式转换器 的 斜坡补偿 电路 的设计 与实现
罗 小勇 ，毕 长红 ，文 皓
（ 电子 科技 大 学 电子 薄膜 与 集成 器件 国 家重点 实验 室 ，四川 成都 ６ ０ ５ ） １０ ４
１ 斜 坡 补 偿
１１ 斜 坡补偿 的 必要 性 ．
峰值 电流 模 式 Ｐ ＷＭ开关 电 源 工 作 在Ｃ Ｍ模 式 Ｃ
下 且 占空 比 （ ）大 于 ０５ ，系 统 存 在 稳 定 性 问 Ｄ ．时

电流控制技术的斜坡补偿分析当占空比大于50%时，采用电流控制技术容易发生不稳定现象，主要原因为：(1)占空比大于50%时，电路容易发生次谐振荡，其原理如图5-2所示，设△I n 为第n次开通前电流扰动信号，m1和m2分别为电流上升下降率，实线为稳定情况，虚线为加入扰动后的情况，可以推出：第n+1个开关周期电流扰动量为△I n+1=-△I n （m2/m1），当D>0.5时，即m2>m1时，扰动会在随后一个周期加大，造成不稳定或性能下降；(2)占空比大于50%时，电流的下降率大于上升率，平坦的上升率使电感电流出现一个干扰而被放大，最终导致电路不稳定。

因此占空比大于50%时，必须采用斜坡补偿的方法来改善其工作特性。

斜坡补偿可采用下列两种方法：ΔΔ图5-2 电流控制中的次谐振荡 图5-3 Ue 处加上斜坡补偿(1) 误差电压U e 处加上斜坡补偿补偿原理波形，如图5-3所示。

在Ue 处加入斜坡补偿后，将不再发生次斜振荡。

补偿斜坡的斜率m 等于或略大于m2/2，此时△I n+1=-△I n （m2-m）/(m1-m），在随后的周期电流扰动会减小到零，系统得以真正的电流模式运行，而不影响电流模式优越性的发挥。

补偿斜坡可以由振荡器获得。

(2) 采样电压Us 处加上斜坡补偿斜坡补偿电路器振荡波形控制电路振荡原边电流波形流反馈信号波形斜坡补偿后的电图5-4 采样电压Us 处加上斜坡补偿补偿原理波形，如图5-4所示。

将补偿斜坡加在采样电阻R S 的感应电压上，使反馈信号电压变化率增大，再与平滑的误差电压进行比较。

这种补偿同样能有效地防止谐波振荡现象，使电路工作稳定。

补偿斜坡也由振荡器获得。

路， 不仅实现了内 部同步补偿， 而且能随占 空比变化自 动调节补偿量。 电路分析和仿真结果表明， 路能弥补传统电流模式的 该电 不足
有效地稳定开关电源的输出电压 关健词 开关电源，电流模式，斜坡补偿，占空比
１ ．引言 开关电源是利用现代电力电子技术， 控制开关晶体管 的导通和关断的时间比率， 维持输出电压稳定的一种电源， 它和线性电源相比， 具有效率高、功率密度高、 可以 实现 和 输人电网的电 气隔离等优点， 被誉为 离效节能电 源Ｍ 目 前开关电源已经应用到了 各个领域， 尤其在大功率应用 的场合，开关电源具有明显的优势。 开关电源一般由脉冲宽度控制（ ） 、 Ｐ Ｉ 功率开关管、 ＷＭ Ｃ 整流 二极管和Ｌ 滤 路构成。 小功率开 源中， Ｃ 波电 在中 关电 功率开 关管可以集成在ＰＭ Ｗ 控制Ｉ Ｃ内。 开关电源按反馈方 式分为电压模式和电流模式。电流模式开关电源因其突出 的优点而得到了快速的发展和广泛的 应用。 但是电流模式 的 结构决定了它存在两个缺点： 恒定峰值电流而非恒定平 均电 流引起的系统开环不稳定：占 空比大于 ５％ ０ 时系统的 开环不稳定［ ２ １ 本文旨 在从原理上分析传统电流模式的 缺陷及改进方 案，之后分析一个实用的斜坡补偿电路。
ｍ，
波电 一 因 反 路的 可以 简 ｒ 路的 半。 此 馈电 设计 大幅 化 ｎ
④ 改善了负载 调整率。 在电流 模式中， 误差放大器 的带宽更大， 因而负载调整率更好。 ３ ．电流模式的缺点 ３ 恒定峰值电流引起的电感平均电流不恒定。 ． １
电流模式的实质是使电感平均电流跟随误差放大器输
图ａ 电感电流扰动被放大
Ｉ＝ ＩＩ （ ＿ Ｉ ｄ ． ｇ ． 一 － ２ ） ＿ 一 － ｍ ｔ
２ 产 ２