Slope compensation

开关电源中斜坡补偿电路的分析与设计

slope compensation

An adaptive slope compensation circuit for buck DC-DC converter
2007
降压型 DC-DC 转换器自调节型斜坡补偿电路设计,李演明， 来新泉， 王红义 - 微电子学与计算机, 2005

峰值电流模式控制以及数字控制具有许多优点。因此，将这两种技术结合在一个控制结构中是一种有趣的方法。基于带有片上比较器的微控制器，这种组合可以非常省力地实现。为了消除峰值电流模式控制的缺点，必须添加斜率补偿。本文介绍了在微控制器上实现的这种斜率补偿，该补偿不使用模拟斜坡信号，而是预先计算所需的比较器关断阈值。与传统的模拟控制相比，自适应算法可用于在宽工作范围内保持最佳斜率补偿。由于反向恢复电流尖峰和计算时间而在实践中出现的问题可以通过简单的措施来处理。实验结果验证了所提数字斜率补偿的有效性。

电流模式控制是开关模式电源（SMPS）常用的控制方法。与电压模式控制相比，它具有高频带宽，从而改善了控制环路动态，并实现了更好的线路噪声抑制。通过将小信号动态从二阶降低到一阶，它进一步简化了外部电压环路设计[1]–[2]。

电流模式控制可分为平均电流模式和峰值电流模式。顾名思义，平均电流模式控制可调节平均电感电流。特别是在升压型功率因数校正（PFC）整流器中，平均电流控制可确保非常低的电流失真[8]。峰值电流模式是广泛使用的电流模式控制技术，当电感电流达到外部电压控制器定义的阈值水平时，占空比终止。该技术具有一些固有的优势，例如简单的逐周期限流和并联转换器的良好均流[1]–[2]。平均和峰值电流控制的组合是过渡或边界模式控制，其中转换器在连续（CCM）和不连续导通模式（DCM）的边界处驱动。边界模式的特点是开关频率变化，峰值电流是平均电流的两倍。但是，检测零电流需要额外的努力。

然而，CCM中的峰值电流模式控制有几个缺点[3]–[4]：如果占空比超过50%，则控制会失去稳定性，从而导致次谐波振荡，由峰值而不是平均电流检测和噪声灵敏度引起的非理想控制响应，特别是在电感电流纹波很小的情况下。

重新获得稳定性的一种常见方法是在占空比高于50%[1]–[2][3][4][5][6][7]的峰值电流控制转换器中应用所谓的斜率补偿。

随着计算能力的提高和成本的降低，基于DSP和微控制器的数字控制在SMPS应用中变得越来越重要[8]–[9][10]。该措施具有许多优点，例如灵活性和可编程性，减少了有源和无源元件的数量，从而提高了可靠性，可忽略不计或可补偿的失调和热漂移。此外，数字控制还提供了实现复杂、自适应和非线性控制方法的潜力，以改善静态和动态性能。

完全数控转换器主要计算占空比，并使用集成数字脉宽调制（DPWM）发生器来控制开关[9]。此外，[8]中介绍的全数字峰值电流控制基于预先计算所需的占空比，需要准确了解电感器值L.使用这些技术，上述峰值电流控制的固有优势无法使用。

然而，对于包括片上比较器和内部输入端专用DAC在内的可用微控制器，纯数字峰值电流控制基本上可以通过简单的元件来实现。然而，在数字控制中实现斜率补偿仍然具有挑战性，因为在每个开关周期中都需要不断增加的斜坡功能。

在本文中，提出了一种用于峰值电流控制的数字斜率补偿技术，该技术不使用斜坡，而是根据谷值电感电流预先计算所需的比较器关断阈值。电感器值知识L不是必需的。自适应算法使斜率补偿量可调，以实现最短的响应时间，而不会发生次谐波振荡。

本文件的结构如下。带斜率补偿的峰值电流控制的基础知识在第II.在第三节中，推导了数字斜率补偿技术，并通过第四节中的仿真进行了验证。实际实施和测量结果在第五节中给出。