解决开关电源次谐波振荡：原因与对策探讨

在电源技术中，DC-DC开关电源因其体积小、重量轻、效率高和性能稳定等特点，在电子、电器设备和家电行业中占据主导地位，推动了其快速的发展。开关电源的核心在于功率半导体的开关控制，通过调整占空比来调控输出电压。控制电路主要有两种模式：电流模式和电压模式，其中电流模式因其动态反应迅速、补偿电路简单、增益带宽宽以及易于实现均流等优势被广泛应用。 电流模式又细分为峰值电流控制和平均电流控制。峰值电流控制的优点包括快速的暂态闭环响应、易于设计的控制环路、简单的磁平衡功能以及瞬时峰值电流限流功能。然而，这种控制方式的一个潜在问题是可能导致系统出现次谐波振荡。次谐波振荡是指在电源输出中，除了基本的正弦波频率之外，还存在频率为基波整数倍的失真波形，这通常是由峰值电感电流引起的。 文献中虽然提及了次谐波振荡的问题，但对其深入研究相对较少，尤其是在产生原因和具体电路实现上。针对PWM调制峰值电流模式的开关电源，比如下斜坡补偿结构，次谐波振荡的产生可以归结为以下几个因素：在电流内环控制模式下，当系统占空比大于50%，电感电流遇到微小阶跃变化时，电感电流误差信号会呈现振荡并逐渐放大，形成不稳定状态。振荡周期恰好是开关周期的两倍，这意味着次谐波的频率是开关频率的一半。 理解次谐波振荡的产生机制对于设计稳定的DC-DC开关电源至关重要。解决次谐波振荡的方法可能包括优化控制算法、增加滤波电路、选择合适的电感和电容参数，或者采用更先进的控制策略，如采用零电压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS）技术来减少电感电流峰值，从而抑制次谐波的产生。深入研究和应用这些方法将有助于提升开关电源的性能，减少对电网的干扰，确保其在实际应用中的高效和可靠性。