电流模式PWM 升压变换器的斜率补偿电路.pdf

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1、电流模式PWM升压变换器的斜率补偿电路汪岭，谢憬（上海交通大学微电子学院上海200030）摘要：本文通过介绍电流模式PWM升压变换器的工作原理，分析了斜率补偿对于大信号稳定的必要性，提出了斜率补偿电路的实现方法，使得补偿斜率与输出电压和输入电压的差值成正比，并给出了斜率补偿电路的hspice仿真结果。关键字：PWM升压变换器，电流模式，斜率补偿中图分类号：TP273文献标识码：ASlopeCompensationCircuitofCurrentModeControlPWMBoostConverterWangLing,XieJing(Shanghai

2、JiaotongUniversitySchoolofMicroelectronicsShanghai200030)Abstract:ThepaperintroducesthegeneralfunctionofcurrentmodecontrolPWMconverter’stheory,analyzesslopecompensation’snecessityforsystem’slargesignalstability,proposesaslopecompensationcircuitinwhichthecompensationslopevaries

3、withthedifferencevalueofoutputvoltageandinputvoltage.AtlastthepapergivesthesimulationresultsofthecircuitdesignwithHspice.KeyWord:PWMboostconverter，currentmode，slopecompensation1.引言当今，随着无线通信技术的迅猛发展，手持设备得到了广泛应用。这些设备需要用到升压DC-DC变换器来将电池电压转换为LSI的供电电压。大部分DC-DC变换器都是通过控制功率MOSFET导通时间和脉冲

4、周期之比（即占空比）来改变输出电压的，这种控制方式通常称为脉冲宽度调制（PWM）。PWM控制方法有两种：电压模式控制和电流模式控制。电压模式控制的基本原理就是通过误差放大器输出信号与一个固定的锯齿波进行比较，产生控制用的PWM信号。电压模式控制是一个二阶系统。所谓电流模式PWM控制，就是在PWM比较器的输入端直接用输出电感电流检测信号与误差放大器的输出信号进行比较，实现对输出脉冲占空比的控制，使输出电感的峰值电流跟随误差电压的变化。这种控制方式可以有效地改善开关电源的电压调整率和电流调整率，也可以改善整个系统的瞬态响应。电流模式控制有效地在内环中隐

5、藏了电感，表现为一阶系统，这就使反馈控制补偿变得比较容易，稳定度得以提高并且改善了频响。由于电流模式PWM控制技术与电压模式PWM控制技术相比，具有不可比拟的优势，成为了PWMDC-DC变换器的主流。但电流模式PWM控制也有缺点，就是在占空比大于50%时，系统会不稳定。可以用斜率补偿解决上述问题。本文阐述了斜率补偿的原理和电路，并给出了斜率补偿电路的hspice仿真结果。2.电流模式PWM升压变换器工作原理典型的电流模式PWM升压变换器如图1所示。系统主要由误差放大器、PWM比较器、斜率补偿、振荡器、逻辑和驱动、Mn、Mp等部分组成。电感L、滤波电

6、容Co、负载Ro、分压电阻R1和R2通常是系统外接的。图1.电流模式PWM升压变换器结构图从图中可以看到两个反馈环，一个是由接收输出电压采样信号的误差放大器构成的电压外环，另一个由接收电流采样信号和斜率补偿信号的PWM比较器构成的电流内环。电流采样电阻Rs将开关管Mn的阶梯斜坡电流转换成阶梯斜坡电压Vs。每个周期开始时，振荡器产生的时钟脉冲使开关管Mn导通，此时输入电压加在电感两端，Mp截止，电容单独向负载供电。随着电感充电，电感电流不断上升，电流检测电阻Rs上的电压Vs不断上升。Vs信号与斜率补偿电压Vcom叠加后的电压Vsum也不断上升。PWM

7、比较器将电流信号电压Vsum和误差放大器的输出Vea进行比较。当Vsum的峰值大于Vea时，PWM比较器的输出由高变低，使开关管Mn截止，Mp导通。Mn截止时，由于电感电流不能突变，电感两端电压反向，该电压与输入电源电压叠加后，通过Mp和滤波电容加到负载两端。这时电感电流不断下降，通过Mp给负载提供电流并向Co充电，补充Co单独向负载供电时损失的电荷。然后等下一个周期的时钟脉冲再使Mn导通。输出电压Vo=Vin/（1-D），D为占空比，即Mn导通时间与周期的比值。3.斜率补偿的必要性如果没有斜率补偿，即Vcom=0，则在电流模式PWM升压变换器的连

8、续模式（CCM）应用中，当占空比超过50%时，大信号会不稳定。如图2（a）所示，细线为理想的模拟波形，粗线是受扰动电流干扰