恒流源在SMPS中创建斜坡补偿

2007年11月8日
采用峰值电流模式控制(PCMC)的开关模式电源(SMPS)需要一个斜坡信号来对内部(电流)控制回路进行坡向补偿。斜率补偿稳定了电流回路,否则会显示出来

采用峰值电流模式控制(PCMC)的开关模式电源(SMPS)需要一个斜坡信号来对内部(电流)控制回路进行坡向补偿。在占空比接近或高于50%的连续导通模式下,电流回路会出现次谐波振荡,而斜率补偿可以稳定电流回路。此外,需要控制的电流是电感电流的平均值,这与负载电流直接相关,因为输出电容的平均电流必须为零。

使用峰值电流模式控制(PCMC),电感电流的峰值和平均值之间的差值是一个需要修正的误差。斜率补偿校正这个峰值到平均电感电流误差。

斜率补偿是通过将一个周期的斜坡与所检测到的电流信号相加来实现的。创建斜坡的一种方法是使用由控制ic产生的R-C振荡器波形。1,2振荡器通常由发射器跟随器缓冲并馈送到一个电阻,将振荡器斜坡与感知到的电流信号相加,该信号馈送另一个电阻。总和被发送到控制IC的感知电流引脚ISNS。

这种技术负载振荡器并引入噪声,但这可能错误地触发脉宽调制(PWM)控制。PCMC IC制造商最近的应用说明建议不要加载振荡器,即使是发射器跟随缓冲器。3,4

获得斜坡的推荐方法是将MOSFET的栅驱动输出与R-C网络集成。栅极驱动器的输出是一个振幅为0到10 V左右的矩形脉冲。适当的选择R值和C值综合这个脉冲,并产生一个斜坡波形。当脉冲变低时,二极管放电电容,斜坡恢复到接近零。

这种方法是相当有效的,但如果SMPS输入电压变化很大,就会出现问题。如果输入范围在9到16 V之间,控制IC直接由这个变化的输入驱动,那么补偿斜坡的斜率将直接随输入电压变化。这导致了过度补偿,实际上增加了峰值平均误差。

的电路图1,则生成一个斜坡,斜坡的斜率与输入电压无关。它通过使用控制IC (U1)的PWM门驱动器(引脚6,OUT)作为输入,用恒流源给电容器充电来实现这一点。

假设SMPS的输入电压(U1上的引脚7,为了清晰起见省略了它的连接)是最小的9伏。当脉冲高,在7.5到8.0 V左右,网络R1-Q1-Q2-R2形成一个恒流源,供给电容C1。对于R1 = 220 Ω(和VBE = 0.65 V),电流约为2.95 mA。当该恒流被馈入C1一段时间t时,该恒流在C1上产生一个斜坡电压,其公式如下:

Q = C X V = I X t,或V =

(我X t) / C

坡道的斜率为:

t = I / V / C

因此,对于示例电路,斜率为2.95 mA/1.5 nF =1.97 V/µs。

当开关周期为3.0µs (333 kHz),占空比为2/3时,脉宽调制脉冲的开启时间为2.0µs。因此,坡度补偿坡道的峰值为3.94 V。

当脉冲变低时,二极管D1导电并放电C1至接近0伏。必须选择R1和C1,使斜坡的峰值电压不等于或超过最小输入电压,在本例中为9.0 V。同样,必须选择R3和C1,这样R3就不会负载C1。

当输入值达到最大值16.0 V时,斜坡斜率仍为1.97 V/µs,而R-C网络的情况则不同。斜坡输入到电阻R3,感知到的电流波形ISNS_UNFLTRD输入到R4。两者的和出现在U1引脚3处,这是控制IC的电流感应输入。当输入由9 V至16 V时,测量波形没有变化(图2).

引用:

1.UCC38C42系列的高速,BiCMOS电流模式PWM控制器-应用说明;Bill Andreycak,德州仪器,sla -257, 2002年2月
2.电流型电源的实用考虑Bill Andreycak,德州仪器,2001年
3.斜坡补偿的NCP1200, AND8029/D;Christophe Basso, On Semiconductor, 2001年3月,Rev. 1
4.单CS3842A提供控制500-W/200 khz电流模式电源;CS3842AN/D, On Semiconductor, 2001年4月,修订1

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