浅谈开关电源PWM控制的斜率补偿

          如上一篇博文分析的开关变换器占空比调制信号引入能量转换电感电流信号作为占空比调制信号,会在一定情况下由于扰动信号的引入而出现次谐波振荡的不稳定现象,该现象体现在占空比大于0.5条件,在上一篇博文分析中可知,该不良现象为上升段与下降段的电感电流斜率差异其电流增益不同所致,在占空比大于0.5条件,电感电流的下降段斜率比上升段斜率要大其增益正,那么这个时候由于引入的是电感电流作为占空比调制信号,所以当扰动信号(电感电流扰动)串入即会使扰动不断放大而不是扰动信号衰减,最终导致不稳定。为了消除次谐波振荡异常情况的发生,确保系统的稳定运行,通常采用附加人工斜率手段加以补偿,该方式通过降低比例电流的增益,确保扰动信号为衰减趋势,而使占空比调制一直能趋于稳定。对于人工斜率补偿方式可以根据占空比调制对比信号的需求嵌入即可,如下图示意:


                                                                                 


         上图为市场上通用电源控制解决方案斜率补偿常用的两种嵌入方式,一种为直接将斜率信号叠加至电感电流引入的信号上面,另一种为对平面触发电平信号号进行反向叠加,两种方式各有优劣,两种补偿方式都有解决方案使用,另外由于现代电子技术的发展,现在解决方案中的斜率补偿都是集成在控制芯片内部,如下图:

                                                   


              为了便于分析讨论附加斜率对于次谐波振荡不良现象的抑制作用,针对占空比调制串入扰动情况后占空比调制趋势绘制辅助示意,如下图:


                                                                                              



              

               上图中,为了便于分析,将参数值使用斜率表示,因为斜率是时间上的变化尺度,所以当偏移时间确定即可快速确定其扰动程度,即由上图确定扰动信号程度为:

                              ΔI(k)= S1*Δt+ S3*Δt

                              ΔI(k+1)= S2*Δt- S3*Δt

             由于上图扰动信号是关联的具有因果关系,那么可以确定当扰动信号ΔI(k+1)的值比扰动信号ΔI(k)值小时即是扰动衰减趋势,在数周期后即可将扰动信号衰减至0,而确保系统稳定,所以可确定抑制次谐波振荡的必要条件是:

                              ΔI(k+1)/ΔI(k)= (S2 - S3)/(S1 + S3) < 1

              即补偿斜率的必要条件为:               

                             S3 > (S2-S1)/2

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