一种随占空比变化的分段线性斜坡补偿电路

在占空比最大时稳定，则应使：
ｍ＞ｍ２／２
（６）
然而，当占空比不是很大时，单斜率补偿将会产
生补偿过量的现象，多余的补偿会加大补偿信号对
电感电流的影响，进而影响系统的带载能力嘲。
分段线性斜坡补偿的原理是将占空比划分成３
个区间，对这３个区间分别采用不同的斜率进行补
偿。一般来说，当Ｄ＜５０％时，系统可满足稳定性
ＲⅢ，尺１ ｓｓ支路的电流为ｆｓ。，可得到：
ＶｏＳｃ（）ｕＴ＋ＶＳＧ Ｐ１５２一Ｉｓｌ（Ｒ１５２＋尺ｌ ５３）２
ＶＲＥ融＋ＶｓＧ Ｐ１４３
（７）
由（７）式可以得出Ｊ。，的值：
妒Ⅵ醍。叶一Ｖ唧＋％蠹挚（８）
Ｐ１５２和Ｐ１４８的尺寸相同并且具有较大的宽长
比，当流过Ｐ１５２和Ｐ１４８的电流变化不太大时，
Ｖ％朋５２≈ｙ站，Ｐｌ ４８，可以得出： ｊｓｌ—ｙｏｓｃ ｏｕＴ—ＶＲＥＦ２／（Ｒ１５２＋尺１５３） （９）
的条件，无需再加补偿。但为了使系统具有较高的
稳定性，当Ｄ＞４０％时便对其进行补偿，即为补偿
留有一定的裕量。因为占空比与斜率成正比，所以
在各个区间，最大占空比决定该区间的补偿斜率。
该区间补偿信号的斜率是通过将各个区间的最大占
空比带入（５）式计算出的。补偿电流（Ｊ。。。）斜率曲
线如图３所示［３“］。图３中，Ｉ，为单斜率斜坡补偿的
Ｉ。Ｉ Ｘｉｎ，ＭＥＮＧ Ｆａｎｆｅｉ，ＷＡＮＧ Ｉ。ｕｎ
（Ｓ＾ｇｎｙⅡｎｇ Ｌｋｉ＂Ｐｒｓｉｆ—ｏ／Ｔｅｃ＾＂ｏｆｏｇｙ，Ｓ＾Ｐ，ｚｙｎｎｇ １ １０８７０，Ｐ．Ｒ．Ｃ＾ｉｎｎ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｆｒｏｍ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ＤＣ－ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ， ａ ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ １ｉｎｅａｒ ｓｌｏｐｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｌｏｐｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ， ｗｈｉｃｈ ａｌｓｏ ｓ０１ｖｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｓｌｏｐｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ｓｉｎ９１ｅ ｓｌｏｐｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ． ＰＳｐｉｃｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｏｕｔｐｕｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ｃｏｉｎｃｉｄｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｓｔａｂｌｅ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｗａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｉｎ ｃａｓｅ ｏｆ ｉｎｄｕｃｔｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ． Ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｃｔｉｖｅ—Ｓｅｍｆｓ ｐａｔｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＩＳＯＢＣＤ２０．Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｏｕｌｄ ｏｕｔｐｕｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｕｐ ｔｏ ２ Ａ ａｔ ４２０ ｋＨｚ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈｉｐ ｃｏｕｌｄ ｗｏｒｋ ａｔ ２０ Ｖ ｉｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ． Ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ ｏｎｌｙ ８肛Ａ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｓｈｕｔｄｏｗｎ ｍｏｄｅ，ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｃｈｉｅｖｅｄ
出补偿信号。ＶＯＳｃ—ｏ。Ｔ升高使Ｐ１５０临界导通，此时
Ｐ１４８导通。根据环路关系，可以得到：
Ｖ（№．０ＵＴ＋孓≮．ＰＩｓｚ—ＪｓｌＲｌ５２一ｙＲ￡ｎ＋ＶｓＧ．戌５０
（１１）
结合（９＞式，可以得出：
ｙ。ｓｃ ｏｕＴ＋ｙＳＧ，Ｐ１５２一Ｒ１５±（ｙｏｓＣ－ｏＵＴ—ＶＲＥ融）／ （尺１５２＋Ｒ１５３）＝ＶＲ啪＋、，∞．Ｐｌｓｏ （１２）
随占空比变化的分段线性斜坡补偿电路，以克服单一斜率斜坡补偿容易造成斜坡过补偿的问题。
Ｐｓｐｉｃｅ仿真结果表明，输出的波形与理论分析相符，系统在电感电流发生扰动的情况下具有稳定的
输出电压。采用Ａｃｔｉｖｅ—Ｓｅｍｉ的专利ＩＳ（）ＢＣＤ２０工艺进行流片，测试结果表明，电路在４２０ ｋＨｚ开
关频率下产生高达２ Ａ的输出电流，芯片可以在高达２０ Ｖ的输入电压下工作。在关断模式下仅消
电流，ｆ。为分段线性补偿电流的幅度，Ｋ为补偿信号
万方数据
第５期
李新等：一种随占空比变化的分段线性斜坡补偿电路
６６１
的斜率。差值△Ｊ—Ｉ。一Ｊ。称为过剩补偿电流的幅
度，该差值会影响系统的瞬态响应，而且会大幅度降
低电感的峰值电流，从而降低系统的带载能力啪。
因此，采用分段线性斜坡补偿电路，会使系统性能得
ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ５０％
由（２）式得出，要保持系统稳定，必须满足：
（ｍ２一ｍ）／（ｍ１＋ｍ）＜ｌ
（３）
根据图２，可以得出：
Ｄｍｌ一（１一Ｄ）仇２
（４）
为了满足系统稳定，当占空比大于５０％时，结
合（３）、（４）式，可得出补偿信号斜率与Ｄ的关系式：
ｍ＞ｍ２（２Ｄ一１）／２Ｄ
（５）
当使用单一斜率进行补偿时，为了使系统能够
ａ ｐｅａｋ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｕｐ ｔｏ ９５％． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｓｌｏｐｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ＤＣ—ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；Ｈａｒｍｏｎｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ；Ｐｅａｋ ｃｕｒｒｅｎｔ
ＥＥＡＣＣ： １２９０Ｂ
１引 言
峰值电流模式ＤＣ—ＤＣ变换器的控制电路由响 应速度慢的电压外环和响应速度快的电流内环构 成。电流模式控制电路保持开关管峰值电流恒定， 以确保达到输出所要求的直流平均负载电流，从而 使其对应的直流输出电压与电压误差放大器的输出 电压一致。但是，由于直流负载电流是输出电感电 流的平均值，而峰值电流模式只能保证电感电流的 峰值恒定，不能保证输出负载电流恒定。另外，直流 输入电压的变化会引起直流输出电压的瞬时变化， 经过短暂延时后，这个输出电压的变化会被误差放
’
（１４）
当Ｖｏｓｃ ｏｕＴ＞ＶＲＥＦＩ＋（ＶＲＥＦｌ—ｙＲ￡Ｆｚ）Ｒｌｓ２／Ｒ１５３ 时，Ｐ１５０导通。设此时流过Ｒ。。ｚ支路的电流为ｒｓｚ， 可以得到：
ⅥＭ ｏＬｒｒ＋ＶｓＧ，Ⅲ２一‰Ｒｌｓｚ＝砜矸Ｉ＋ＶｓＧ．乳驰
（１ ５）
万方数据Biblioteka 李 新等：一种随占空比变化的分段线性斜坡补偿电路
进而可以得出：
的电源抑制比和温度特性。Ｎ８１ ｄ为振荡器的复位 信号端，与最大占空比方波信号反相，Ｒ。。ｏｕｔ为斜
坡补偿输出端［８ ９｜。 ３．１ 未产生斜坡补偿信号时电路工作原理
通过第２节的分析可知，当占空比小于５０％
时，系统稳定，不需要进行补偿。此时，Ｖｏ眭ｏｕｔ升高
使Ｐ１４８管临界导通，但是Ｐ１５０不导通。设流过
２ 斜坡补偿基本原理
开关管占空比的改变使电感的平均电流不能保
李新等：一种随占空比变化的分段线性斜坡补偿电路
持恒定，当占空比变化较大时，将产生次谐波不稳定 的现象，这个问题可以通过斜坡补偿得以解决［２Ｊ。 斜坡补偿的过程分为斜坡信号的产生和补偿两个部 分。当斜坡补偿电路接收到振荡器产生的锯齿波信 号后，会输出分段斜坡补偿信号，此信号与电感采样 电流进行叠加，叠加后的信号与电压外环设定的峰 值电流进行比较，比较后的信号控制功率开关管的 占空比，从而使输出电压保持稳定［３’“。
到改善ｍ“。
．
图３分段线性斜坡补偿电流与占空比的关系
Ｆｉｇ． ３ Ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ ｉｉｎｅａｒ ｓｉｏｐｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｌｌｔ Ｖｅｒｓｕｓ
ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ
３ 电路设计
斜坡补偿电路如图４所示，Ｂｉａｓ—Ｐ１１７为偏置 端，０ｓＣ—ｏＵＴ为振荡器锯齿波输入端，每个周期内 电压的变化幅度为△Ｖｏｓｃ－ｏｕｔ。
第４２卷第５期
微电子学
２０１２年１０月Ｍｉｃｒｏｅ如ｃｆｒＤｎｉｃｓ
Ｖ０１．４２，Ｎｏ．５
ｏｃｔ．２０１２
一种随占空比变化的分段线性斜坡补偿电路
李新，孟凡菲，王 沦
（沈阳工业大学信息科学与工程学院，沈阳１１０８７０）
摘 要： 针对ＤＣ—ＤＣ变换器中脉冲宽度调制产生的谐波振荡问题，基于斜坡补偿原理，提出一种
图４斜坡补偿电路
Ｆｉｇ， ４ Ｓｌｏｐｅ ｃ口ｍｐｅｎｓａｔ；ｏｎ ｃｉｆｃｕｉｔ
根据系统中设计的振荡器得知，锯齿渡的上限
电压为ｎ。，，下限电压为ｏ Ｖ，并且振荡器的最大输
出占空比为９０％。基准电压源是一个输出ｙ踞ｒ为 Ｌ ２９３ Ｖ左右的带隙基准源，由它分压后产生的
Ｖ。刖和Ｖ阱：分别为１．０３６ Ｖ和０．５１８ Ｖ，具有良好
（Ｖ（№（）ｕＴ—ＶＲＥｎ）／Ｒ１５２
于是可得出：
ＶＲ呱ｐ ｏｕＴ ２是ＩＲｌ５Ｉ＝［Ｖｏｓｃ＿ｏｕＴ—ＶＲ耽／
（Ｒ１５２＋Ｒ１５３）］Ｒ１５１
（１０）
可见，当ｙｏｓｃ—ｏｕＴ＜ＶｒＲＥＦｚ，即０＜Ｄ＜９０％ＶＲＥＦ·２／ Ｖ哪（≈３６％）时，没有补偿电流产生，不进行斜坡补
偿。
３．２产生斜坡补偿信号时电路的工作原理
系统占空比大于３６％时，斜坡补偿电路开始输
ｋ“一里！！墅：旦型！二！！！塑±！墼，！！！！二！墅：！！！！ Ｒ１ ５２ （１６）
Ｐ１５２和Ｐ１５０尺寸相同且具有较大的宽长比，
当流过Ｐ１５２和Ｐ１５０的电流变化不太大时，同样有
ＶｓＧ，Ｐ１５２≈Ｖ乩Ｐ１ｓｏ，那么有：
，ｓ２一（Ｖ（）筻（）ｕＴ—ＶＲ帆）／Ｒｌ ５２ 于是有：
（１７）
ＶＲａｍＤ（）ｕＴ—ｊｓ２ Ｒ１５Ｉ＝Ｒ１ ５ｌ
率，ｍ２为下降斜率（ｍｌ，讹＞ｏ）［４］。若Ｄ＜５０％
（埘，＞ｍ：），如图１（ａ）所示，输出的扰动电流△Ｊ，会 小于输人的扰动电流△Ｉ。，电流扰动在经过几个周 期以后就会自动消失。但若Ｄ＞５０％（ｍ。＜ｍ。），如 图１（ｂ）所示，输出的扰动电流△Ｊ，经过一个周期后 就会大于输入的扰动电流△Ｊ。。设电流出现微小扰 动△工。，则电流上升到原来峰值的时间将提前，变化