斜坡补偿电路的设计和应用实例

电流模式下的斜坡补偿‌是一种用于解决峰值电流控制模式下特定问题的技术手段。在电流控制模式下，开关电源通过控制开关管的导通和关断时间比率来维持输出电压的稳定。电流控制模式包括峰值电流控制和均值电流控制两种，其中峰值电流控制模式通过控制电感电流的峰值来间接控制PWM信号的占空比，从而实现对输出电压的调节‌12。

斜坡补偿的原理和作用

斜坡补偿的原理是在电流控制环中引入一个与占空比成正比的斜坡电压，以补偿电感电流的变化。这种补偿主要用于解决以下两个问题：

‌恒定峰值电流引起的电感平均电流不恒定‌：在常用的峰值电流控制模式中，不同的占空比会导致电感平均电流变化，导致输出电压振荡。斜坡补偿通过引入一个固定斜率的斜坡电压，可以补偿这种变化，使系统更加稳定‌1。

‌占空比大于50%时系统开环不稳定‌：当占空比大于50%时，电感电流的上升沿和下降沿斜率不对称，容易导致系统开环不稳定。斜坡补偿通过增加一个固定斜率的斜坡电压，可以改善这种情况，提升系统的稳定性‌34。

斜坡补偿电路的设计和应用实例

斜坡补偿电路的设计步骤包括：

‌计算输出电感电流下降斜坡斜率‌。

‌计算反映到初级的电感电流下降斜坡斜率‌。

‌确定斜坡补偿比例M和R1、R2阻值‌。

‌计算斜坡补偿后加到芯片电流检测输入端的反馈电压‌‌1。

通过这些步骤，可以设计出适合特定应用的斜坡补偿电路，提升开关电源在电流模式下的稳定性和可靠性。

当电流模式控制变换器的占空比超过50%时，变换器会在开关频率的次谐波频率点出现振荡，准确地说是在一半开关频率的地方，除非采取斜坡补偿措施。今天，我就来谈一谈斜坡补偿。

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(PWM)IC、功率开关管、整流二极管和LC滤波电路构成。在中小功率开关电源中，功率开关管可以集成在PWM控制IC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50%时系统的开环不稳定[21

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2.电流模式的原理分析开关 电 源 可以有很多种结构，但原理基本相似。图1是电流模式降压斩波fg(Buck)开关电源的原理图。它和电压模式的主要区别是增加了电流采样电阻R3和电流放大器IA. R3的阻值一般很小，以避免大的功耗。功率管Ql在每个周期开始的时候开启并维持一段时间Ton，通过滤波电感Lo对滤波电容C。

斜坡补偿的定义

在电流模式控制下，当电流达到一定大小时 (由误差放大器输出设定) 开关关断。如果占空比超过50%，电感电流的上升时间就大于整个周期的50%，那么电流下降时间就小于一个周期的50%。

在较短的时间内，电流还没有来得及回到静态初始值下一个周期接着又开始了。下一个周期的初始电流变大，在接下来的这个周期里，电感电流很快就上升到参考点，使导通时间变短，占空比变得更窄;和上一个周期相比，这个周期的占空比减小到50%以内。但是这样又导致关断时间太长，下一个周期电流的初始值太小，又使得占空比再一次超过50%。如此循环，电流以间隔一个周期过大和过小的方式出现振荡。

如何实现斜坡补偿?

针对这个问题，斜坡补偿基本上是在电流上叠加一个固定斜坡的信号。由于所叠加的斜坡是一个固定值，电流闭环的影响可以得到较好的抑制。事实上，斜坡补偿的真正作用是使控制环更像电压模式控制。

可以这样来理解：

电压模式控制是用固定斜坡的锯齿波和误差放大器的输出进行比较。所以当选择的斜坡越来越大的时候，变换器就越来越像电压模式控制，当斜坡补偿的幅度与电流信号幅度之比趋于无穷大时，就完全变成了电压模式控制。刚才的说法也同样可以解释：电源轻载时电流模式控制就变成了电压模式控制。

电流模式控制的好处

从实用的目的来说，用第二个环路，即内环 (见下图) 的目的是为了控制电感电流，使电感影响不出现在功率回路的传递函数中。这是因为功率回路的传递函数已经包含了电流闭环回路在内，因此电感的作用完全被环路包括在内而不会出现在响应特性中。这样就不必担心输出。

谐振回路在高频段，就只有一个极点(输出电容)，相移是-90°而不是-180°。由于这些原因，电流模式控制要比电压模式控制更加容易，而且也使得电流模式控制的带宽可以更宽。

电流模式控制的局限性

一般地，电流模式控制用电阻(或者用电流变压器)来检测电流，并把电流信号反馈到PWM芯片。

但是，当负载电流减小的时候，检测到的电流自然也随着减小。如果负载非常轻，电流信号小到可以忽略，系统中电流环就不起作用。