斜坡补偿的电流模式控制的电压调节器的作用

电流模式控制的DC-DC开关电压转换器(“开关调节器”)是受欢迎的，因为它们提供的一个开关电源的高效率，同时克服传统电压模式控制的设备的缺点。然而，目前的模式设计可以从不稳定遭受当脉冲宽度调制信号的占空比(PWM，用于设置输出电压)上升超过50%。为了克服这种不稳定性，设计工程师使用一种称为斜坡补偿技术，在整个PWM占空比范围内恢复运行可靠。本文介绍了斜坡补偿的重要，但在很大程度上名不见经传的技术，它是如何实现的，以及它如何影响电流模式控制开关稳压器的性能。文章然后用商业电压控制器的主要模块电源厂商，纳入该技术的例子继续进行。

电流模式控制的优点

在常规的电压模式控制开关稳压器，脉冲宽度调制(PWM)信号是通过将控制电压施加到固定频率的一个比较器的输入和一个锯齿波电压(以下简称“PWM斜坡”)生成，所生成的时钟，到其他。调节器的输出电压正比于所得到的PWM方波的占空比。另一种设计中，电流模式控制调节器，已成为流行，因为它提供了许多优点。例如，一个电流模式控制调节器的响应比电压模式到LINE-或负载电压的变化更迅速，它消除了与电压模式输入电压缺点环路增益变化，补偿更容易实现，并且电路也显示出较高的增益带宽相比电压模式。 (见技术专区的文章“电压和电流模式控制的PWM信号产生的直流 - 直流开关调节器。”)电流模式控制稳压器通过添加第二个循环喂养不同于电压模式相当于背电感电流，然后有助于PWM斜坡的推导。该反馈信号包括两部分：AC纹波电流，并且DC或电感电流的平均值。所述信号的放大形式被路由到PWM比较器的一个输入端，而误差电压(Ve的，基准电压和输出电压之间的差)形成的另一输入。由于与电压模式控制方法，该系统时钟确定PWM信号频率(图1)。

图1：电流模式控制开关稳压器。此处PWM斜坡是从所述输出电感电流产生的信号产生的。 (德州仪器提供)虽然电流模式控制具有许多优点但是它也存在它的复杂性。其中最显著的是“内部”控制回路(承载电感电流信号)的占空比在50%以上的不稳定性。创业设计工程师们很快就发现被“注入”少量斜率补偿进入内环解决这一问题。此技术保证稳定运行的PWM占空比的所有值。许多电源设计，同时认识到该技术的，是如何迷惑不解斜率补偿工程，对电路的性能及其实施如何影响。让我们来仔细看看。

稳定的电路

不稳定的源，例如，在一电流模式控制降压(“巴克”)调节器以连续模式操作(即，当电感电流在开关周期不下降到零)来，因为控制器设置输出电压通过调节峰值电感电流，同时电感器驱动输出，使负载电流等于平均电感电流。图2显示了平均电流(I1和I2)随占空比而峰(调节)的电流保持恒定。

图2：在电流模式控制调节器，所述电感器的平均电流成比例的占空比。 (德州仪器公司提供)的峰值和平均电感电流形式之间的差异是一个错误(ΔI)，这是最大的当VIN大。在较低占空比误差不存在问题的，因为它保持不变，但在高于50%的占空比为每个相继的电感充电/放电循环的误差增加，诱导不稳定性(图3)。

图3：在较大的占空比(D2)，电感峰值和平均电流(ΔI)之间的误差为乘以连续充电/放电循环，诱发不稳定因素。 (德州仪器公司提供)通过总结负锯齿斜坡电压与扩增Ve的在比较器(图1中示出)的控制输入端的工程师可以引入斜率补偿到电路。为完美补偿，补偿斜坡必须具有斜率等于电压波形的正好一半的下坡在另一比较器输入，这是电感电流下坡横跨电流检测电阻所看到的电压模拟。当适当地实施斜率补偿解决了50%以上变化的在占空比横跨占空比范围和不稳定电流误差的两个问题。图4表明，与斜坡补偿，平均电流保持在VIN和更改占空比恒定而不管。图5示出了如何在电路保持稳定，因为斜率补偿的误差减小占空比任何值。

图4：与斜率补偿，所述电路的平均电流保持恒定具有不同占空比。 (德州仪器提供)

图5：斜坡补偿在连续的周期占空比的任意值减小电流误差。 (德州仪器提供)

简化设计

对于一个工程师构建由分立元件电流模式控制调节器，生成所需的斜率补偿负斜坡可能会非常棘手。一种解决方案是通过将它通过分压器到相对比较器输入采用从PWM集成电路一个正的斜坡(随后与电感器电流的电压模拟加法如上所述)。一种日益流行的另一种方法是围绕基地集成PWM控制电子到单个设备的切换控制器模块的电路。许多模块现在包括由生产并入斜率补偿。结合了电流模式控制斜坡补偿的功率模块实例包括德州仪器(TI)TPS43060。该装置是一个1 MHz开关控制器，工作于4.5-38 V输入以高达95%的占空比。该芯片具有内部斜率补偿，以避免次谐波振荡在占空比大于50%。 Maxim的MAX15004开关稳压控制器 - 通过提供使用外部电容可编程斜率补偿，拿东西的一个阶段进一步 - 专为汽车应用的输入电压范围在4.5-40伏提供的电流模式控制设备。该公司声称，这简化了设计。就其本身而言，Intersil公司还提供了一个开关稳压器，具有可编程斜率补偿，ISL6726(图6)。制造商说，该装置是一个电流模式PWM控制器，旨在简化其使用的许多功能。与Maxim的设备，斜率补偿的重新使用一个外部电容设置。数据表的ISL6726包括如何计算对于给定的坡度电容值一个方便的指南。

图6：Intersil的ISL6726使可编程斜率补偿。