Slope compensation

開關電源中斜坡補償電路的分析與設計

slope compensation

An adaptive slope compensation circuit for buck DC-DC converter
2007
降壓型 DC-DC 轉換器自調節型斜坡補償電路設計,李演明， 來新泉， 王紅義 - 微電子學與計算機, 2005

峰值電流模式控制以及數字控制具有許多優點。因此，將這兩種技術結合在一個控制結構中是一種有趣的方法。基於帶有片上比較器的微控制器，這種組合可以非常省力地實現。為了消除峰值電流模式控制的缺點，必須添加斜率補償。本文介紹了在微控制器上實現的這種斜率補償，該補償不使用模擬斜坡信號，而是預先計算所需的比較器關斷閾值。與傳統的模擬控制相比，自適應算法可用於在寬工作範圍內保持最佳斜率補償。由於反向恢複電流尖峰和計算時間而在實踐中出現的問題可以通過簡單的措施來處理。實驗結果驗證了所提數字斜率補償的有效性。

電流模式控制是開關模式電源（SMPS）常用的控制方法。與電壓模式控制相比，它具有高頻帶寬，從而改善了控制環路動態，並實現了更好的線路噪聲抑制。通過將小信號動態從二階降低到一階，它進一步簡化了外部電壓環路設計[1]–[2]。

電流模式控制可分為平均電流模式和峰值電流模式。顧名思義，平均電流模式控制可調節平均電感電流。特別是在昇壓型功率因數校正（PFC）整流器中，平均電流控制可確保非常低的電流失真[8]。峰值電流模式是廣泛使用的電流模式控制技術，當電感電流達到外部電壓控制器定義的閾值水平時，占空比終止。該技術具有一些固有的優勢，例如簡單的逐周期限流和並聯轉換器的良好均流[1]–[2]。平均和峰值電流控制的組合是過渡或邊界模式控制，其中轉換器在連續（CCM）和不連續導通模式（DCM）的邊界處驅動。邊界模式的特點是開關頻率變化，峰值電流是平均電流的兩倍。但是，檢測零電流需要額外的努力。

然而，CCM中的峰值電流模式控制有幾個缺點[3]–[4]：如果占空比超過50%，則控制會失去穩定性，從而導致次諧波振蕩，由峰值而不是平均電流檢測和噪聲靈敏度引起的非理想控制響應，特別是在電感電流紋波很小的情况下。

重新獲得穩定性的一種常見方法是在占空比高於50%[1]–[2][3][4][5][6][7]的峰值電流控制轉換器中應用所謂的斜率補償。

隨著計算能力的提高和成本的降低，基於DSP和微控制器的數字控制在SMPS應用中變得越來越重要[8]–[9][10]。該措施具有許多優點，例如靈活性和可編程性，减少了有源和無源元件的數量，從而提高了可靠性，可忽略不計或可補償的失調和熱漂移。此外，數字控制還提供了實現複雜、自適應和非線性控制方法的潜力，以改善靜態和動態性能。

完全數控轉換器主要計算占空比，並使用集成數字脈寬調制（DPWM）發生器來控制開關[9]。此外，[8]中介紹的全數字峰值電流控制基於預先計算所需的占空比，需要准確了解電感器值L.使用這些技術，上述峰值電流控制的固有優勢無法使用。

然而，對於包括片上比較器和內部輸入端專用DAC在內的可用微控制器，純數字峰值電流控制基本上可以通過簡單的元件來實現。然而，在數字控制中實現斜率補償仍然具有挑戰性，因為在每個開關周期中都需要不斷增加的斜坡功能。

在本文中，提出了一種用於峰值電流控制的數字斜率補償技術，該技術不使用斜坡，而是根據穀值電感電流預先計算所需的比較器關斷閾值。電感器值知識L不是必需的。自適應算法使斜率補償量可調，以實現最短的響應時間，而不會發生次諧波振蕩。

本文件的結構如下。帶斜率補償的峰值電流控制的基礎知識在第II.在第三節中，推導了數字斜率補償技術，並通過第四節中的仿真進行了驗證。實際實施和測量結果在第五節中給出。