傳統(tǒng)電流模式的缺陷及改進方案：斜坡補償電路

　　從( 2)式可以看出，當占空比小于50%時，m2m1，△I''''''''''''''''>△I，即一個周期后擾動電流增強，如圖4所示。這同樣也會引起輸出電壓在一段時間內(nèi)的振蕩

　4.斜坡補償?shù)脑矸治?/strong>

　　前面分析的兩個不穩(wěn)定情況實際上都是因為占空比改變引起了電感平均電流的變化，最終導致輸出電壓在一段時間內(nèi)振蕩，尤其當占空比大于50%時更加嚴重。如果能使系統(tǒng)在占空比足夠大的時候才發(fā)生上述不穩(wěn)定現(xiàn)象，就相當于解決了這兩個問題。設圖1中電阻R3上的壓降為Vs，可以嘗試在Vs上疊加一個斜率為m，且在時鐘周期起點處等于零的電壓，則經(jīng)IA放大后相當于在信號VIA上疊加了一個斜率為Avm的電壓。再設電感上有擾動電流AI，經(jīng)IA放大為AvAI。由圖5可以證明，經(jīng)過一個周期后這個擾動電流的值變?yōu)?/p>

　　把m1D=m2(1-D)代入(3)式得

　　要使擾動電流在第一個周期就減弱，必須要有

　　(5)式表明，在斜坡補償前，占空比達到50%后系統(tǒng)就開始不穩(wěn)定，斜坡補償之后，只要補償斜率m滿足式(5)的關系，系統(tǒng)始終是穩(wěn)定的。

　　由此可見，只要能確定電感電流下降沿的斜率m2和占空比D，就有可能設計出合適的斜坡補償電路，解決峰值電流控制型開關的輸出振蕩問題。

　　4.1 實際的斜坡補償電路分析

　　在電流模式PWM IC內(nèi)部集成斜坡補償電路要比理論分析復雜得多，因為在不同應用情況下，(5)式中的m2和D也會不同，所以很難對所有可能的情況作最好的補償。由( 5)式 可以看出，開關電源穩(wěn)定工作時占空比D和電感電流下降沿斜率m2越大，那么它所需的斜坡補償?shù)牧恳簿驮酱蟆Ｔ谶B續(xù)工作模式中，D和m2都是由電路結(jié)構(gòu)決定的。而在不連續(xù)工作模式中，D是隨負載變化的量，m2是由電路結(jié)構(gòu)決定的。根據(jù)這個原理可以設計一個補償量隨占空比增大而增大，并且能夠適合一定范圍的m的斜坡補償電路，如圖6。其中Vcc是較穩(wěn)定的電壓，約為2.3V,Vosc是PWM內(nèi)部振蕩器輸出的鋸齒波，最小值和最大值分別為0.6V和1.7V, Vdrv是功率管的柵極控制信號，Iout是斜坡補償電流，輸出到電流采樣電阻(如圖1中的R3)的正端，從而在采樣電阻上疊加了一個電壓降，達到斜坡補償?shù)哪康摹?/p>

　　鉗位二極管DI、D2，分壓電阻網(wǎng)絡RI,R 2.R 3和R4共同決定了Q5, Q6和Q7的開啟點當一個時鐘周期開始時，Vdrv由低變高，Q1管導通，同時Vosc從最小值開始以一定的斜率上升Q4、Q5, Q6和Q7先后開啟，這四個晶體管集電極電流的總和被由Q2, Q3, R9. R10構(gòu)成的比例電流鏡鏡像后輸出到Iout。

　　設NPN晶體管的開啟閡值為VTn,D l和D2的正向?qū)▔航刀紴閂D, Ql的C-E結(jié)壓降近似為零，則通過兩個二極管的電流為

　　因此Q4, Q5. Q6. Q7的開啟點分別為

　　其中Ib0、IQ50是Q6開啟時的二極管和Q5的電流，Ib1、IQ51、IQ60是Q7開啟時的二極管、Q5和Q6的電流。

　　Q2 的集電極電流為上述四個晶體管的集電極電流總和：

　　因為 Q4 ,Q5,Q 6和Q7是先后開啟的，所以補償電流在時間軸上的斜率dlout/dt將隨著Vosc的增大而增大，即斜坡補償?shù)牧侩S占空比增大而增大。

　　功率管的導通時間結(jié)束時，Vdrv由高變低，Ql關斷，Iout隨即降為零。這樣可以減少不必要的系統(tǒng)功耗。

　　考慮不同應用情況下m2的變化范圍，計算(5)式就可以確定m隨D變化的曲線，再根據(jù)電流放大器IA的增益和振蕩器鋸齒波斜率計算可得各元件的尺寸。

　　圖7是在選取了元件尺寸后計算機仿真波形。其中Vosc是理想化的鋸齒波，Iout是輸出的補償電流，IQ4、IQ5、IQ6、 IQ7分別是Q4, Q5, Q6和Q7的漏極電流，可以看到，為了在占空比小于50%的時候系統(tǒng)更加穩(wěn)定，Q4在每個周期開始時就已經(jīng)開啟，但是電流的斜率較小。隨著Vosc以恒定的斜率上升，將先后在t1, t2, t3時達到Q5, Q6和07的開啟點。設Q4, Q5, Q6, Q7開啟后的電流斜率分別為m4, m5, m6和m7，

　　設電流采樣電阻的阻值為RS，那么疊加在該電阻上壓降的斜率為：

　5.結(jié)論

　　本文分析了傳統(tǒng)電流模式開關電源的工作原理及其優(yōu)劣，從原理上解釋了電流模式在占空比大于50%后輸出不穩(wěn)定的問題和解決的方法。在此基礎上本文分析了一個實用的斜坡補償電路結(jié)構(gòu)并詳細分析了其工作過程。通過HSPICE的仿真分析，得到了預期的結(jié)果，證明了該電路的可行性。