如何設(shè)計(jì)可靠穩(wěn)定的電源

在開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器中，峰值電流控制因其固有的電流限制和易于控制而非常受歡迎。但是，如果占空比高于50％，則存在不穩(wěn)定性問題。

一些背景：電流的上升斜率為dI/dt = V CC /L P ，其中V CC 是電源電壓，L P 是變壓器或輸出電感的電感。

下降斜率為dI/dt = V R /L P ，其中

V R 是反射的二次電壓primary =（V O + V F ）×N P /N S 。因此，上升斜率取決于輸入電壓，下降斜率是恒定的。占空比D為：t ON /T = 1/（1 + V CC /V R ）。

以下示例假設(shè)為反激轉(zhuǎn)換器，但降壓或正激轉(zhuǎn)換器具有相同的問題。

圖1，D <0.5，即V CC > V R 。黑色波形是電感（電感或初級(jí)變壓器）中的理論電流。如果有一個(gè)小的電流擾動(dòng)，如紅色波形所示，峰值電流限制可以糾正誤差，如圖所示。該系統(tǒng)本質(zhì)上是穩(wěn)定的。

圖1穩(wěn)定的操作

圖2運(yùn)行不穩(wěn)定

在圖2中，V顯示相同的波形 CC R ，或D> 0.5?，F(xiàn)在，電流的擾動(dòng)（紅色）導(dǎo)致占空比和平均電流的急劇變化。該系統(tǒng)絕對(duì)不穩(wěn)定。如果我們繪制D = 0.5的波形，很容易看出在隨后的周期中電流誤差保持不變;我們處于不穩(wěn)定的邊界。

為了解決問題，我們不是將峰值電流與固定值進(jìn)行比較，而是將其與斜坡進(jìn)行比較，如圖3 。我們可以看到，有一個(gè)顯著的改進(jìn)：穩(wěn)定性現(xiàn)在和占空比低于0.5時(shí)一樣好。圖4顯示，如果參考斜坡與下電流斜坡具有相同的斜率，則恢復(fù)將在一個(gè)周期內(nèi)發(fā)生。

圖3斜坡電流限制

圖4使用相同的斜坡電流限制斜率作為感應(yīng)下電流

然而，過多的斜率補(bǔ)償使轉(zhuǎn)換器的行為更像電壓模式轉(zhuǎn)換器而不是電流模式轉(zhuǎn)換器。如果參考斜坡的斜率是當(dāng)前斜率的50％，我們處于不穩(wěn)定的極限。因此，參考斜坡的實(shí)際斜率在電流斜坡的50％和100％之間; 75％是個(gè)不錯(cuò)的選擇。這種添加參考斜坡的方法稱為“斜率補(bǔ)償”。

增加的斜坡即使在低于50％的占空比下工作的降壓，正激或反激轉(zhuǎn)換器也具有優(yōu)勢(shì)。如果電感很高且電流紋波很低，噪聲可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的關(guān)斷。增加的斜坡使轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定，少量可能就足夠了。峰值電流限制的問題在于平均電流隨占空比而變化。如果斜率補(bǔ)償為50％，則可以顯示平均電流不隨占空比變化，并且電流控制環(huán)路得到改善。但是，當(dāng)占空比接近100％時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)次諧波振蕩。

通常無法訪問IC控制器的參考電壓。更簡單的方法是在輸入電流信號(hào)上增加一個(gè)斜坡：正斜坡將產(chǎn)生與參考電壓中的負(fù)斜坡相同的效果。標(biāo)準(zhǔn)方法是使用PWM控制器振蕩器的斜坡，如圖5所示。

圖5典型的斜率補(bǔ)償

這個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)缺點(diǎn)：

并非所有控制器都可以使用振蕩器斜坡。

R1的值必須非常低（R1?R2，例如，R1 = 0.1×R2），所以盡管Q1緩沖了電阻，加載振蕩器電路并且頻率可能受損。

圖6中的設(shè)計(jì)理念沒有這些問題。它適用于所有控制器，無需依賴其振蕩器電路。

圖6適用于任何控制器的斜率補(bǔ)償

當(dāng)柵極輸出為高電平時(shí)，斜坡上升，因?yàn)镽1對(duì)C1充電。當(dāng)柵極輸出下降時(shí)，C1通過D1＆amp;放電。 R3。斜率補(bǔ)償量由R2設(shè)定。

實(shí)際示例將有助于理解電路并計(jì)算值。例子是10W 12V連續(xù)模式反激式轉(zhuǎn)換器。它必須工作在135到390 VDC輸入。

初級(jí)電感為33mH，I max = 0.1A，所以R5 = 10？對(duì)于1V I S 閾值。

初級(jí)的反射次級(jí)電壓為V R =（V O + V F ）×N P /N S =（12V + 0.6V）×N P /N S = 200V（匝數(shù)比為16：1）。開關(guān)頻率= 100 kHz（T =10μs）。

要獲得相當(dāng)線性的斜坡，其最大電壓可以選擇為1/3 V CC ;也就是說，如果V CC = 12V，則合理的峰值電壓為4V。然后斜坡幅度為4V - 0.6V = 3.4V。

計(jì)算最大占空比：

D max = 1/（1 + V CC（min）/V R ）= 1/（1 + 140V/200V）= 0.6

ON（max） =10μs×0.6 =6μs

斜坡的斜率：

（dV/dt） ramp = 3.4 V/6μs= 567×10 3 V/s

初級(jí)電流的下降斜率：

dI/dt = 200V/33mH = 6×10 3 A/s

R5中電壓的斜率：

（dV/dt） shunt = dI/dt×R5 = 60×10 3 V/s

計(jì)算R2為75 ％斜率補(bǔ)償：

R2 = R4×（dV/dt）斜坡/（（dV/dt）分流×0.75）

= 1k？ ×567×10 3 V/s/（60×10 3 V/s×0.75）= 12.6k？

下一步是找到R1和C1的值，R1 <

t = RC ln（（V CC - V 1 ）/（V CC -V 2 ））到得到R1和C1的合適值。在該示例中，t =6μs，V CC = 12V，V 1 = 0.6V，V 2 = 4V，因此結(jié)果為RC =17μs。

一個(gè)不錯(cuò)的選擇是C1 = 22nF且R1 = 750？

放電電阻R3可以盡可能小，同時(shí)保持峰值D1電流在其極限范圍內(nèi); R3×C1?t OFF 。在我們的例子中，D1是BAS16，R3 = 47 ?, t OFF =4μs，R3×C1 =1μs。

C2的電抗必須遠(yuǎn)低于R2; C2 = C1是一個(gè)方便的選擇。