1.6MHz降压DC-DC转换器的分段线性斜率补偿设计与仿真

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降压型DC-DC转换器在现代电子系统中扮演着关键角色，特别是在电源管理中，PWM（脉宽调制）电流模控制因其高效性和灵活性被广泛采用。然而，这种控制方式的一个挑战是斜率补偿问题，特别是对于峰值电流控制，它可能导致在低输入电压下出现子谐波振荡和过补偿现象，影响系统的稳定性和效率。在本文中，作者首先介绍了引言部分，着重指出Buck型DC-DC转换器设计中采用PWM反馈控制作为核心策略，包括电流模式控制和电压模式控制。电流模式控制因其快速响应负载变化的能力而受欢迎，但峰

电源技术中的降压型电源技术中的降压型DC - DC 转换器斜率补偿设计案例转换器斜率补偿设计案例

摘　要: PWM 电流模控制方式在DC - DC 转换器设计电路中得到了广泛应用,也带来了斜率补偿问题。讨论了降

压型　　DC - DC 转换器中斜率补偿技术的原理,分析了传统的线性补偿技术并详细介绍了一种改进的分段线性

补偿电路,给出了在1. 6 MHz 降压转换器中的实际应用电路。电路基于CSMC 0. 5μm CMOS 工艺设计,通过

Cadence Spect re 仿真验证,该斜坡补偿电路有效解决了子谐波振荡以及过补偿问题。　　1 　引　言　　

Buck 型DC - DC 转换器设计中常采用PWM 反馈控制方式以调节输出电压或电流。PWM 控制方式分电流模式

控制和电压模式控制两种

摘　要: PWM 电流模控制方式在DC - DC 转换器设计电路中得到了广泛应用,也带来了斜率补偿问题。讨论了降压型

　　DC - DC 转换器中斜率补偿技术的原理,分析了传统的线性补偿技术并详细介绍了一种改进的分段线性补偿电路,给出了在

1. 6 MHz 降压转换器中的实际应用电路。电路基于CSMC 0. 5μm CMOS 工艺设计,通过Cadence Spect re 仿真验证,该斜坡补

偿电路有效解决了子谐波振荡以及过补偿问题。

　　　1 　引　言　引　言

　　Buck 型DC - DC 转换器设计中常采用PWM 反馈控制方式以调节输出电压或电流。PWM 控制方式分电流模式控制和电压

模式控制两种方式。电流模式控制方式是电流内环和电压外环双环控制[1 ] ,输入电压和负载的变化将首先反应在电感电流上,

在输入电压或负载改变时具有更快的响应速度。电流模式控制方式有峰值电感电流控制和平均电感电流控制两种方式。峰值电

感电流控制由于其优点被广泛应用[2 ] ,但其存在固有的开环不稳定现象,在提高快速性的同时,也带来了稳定性的问题。当输入

电压降至一个接近输出电压的值时,占空比向最大导通时间增加,输入电压的进一步降低将使主开关在超过一个周期的时间里保

持导通状态,直到占空比达100 % ,这时电路可能会发生子谐波振荡,需要通过一个斜率补偿电路来保持这种恒定架构的稳定性,

在大占空比情况下是通过给电感电流信号增加一个补偿斜坡来实现的[ 3 ] 。设计降压型DC - DC 转换器时,解决固定频率峰值

电流控制方式的开环不稳定情况需要做深入的研究。文章从一般的线性斜率补偿电路入手,分析了分段线性斜率补偿电路,提出

一种改进的实际应用电路图,并给出了分析和模拟仿真结果。

　　　　2 　原理分析　原理分析

　　　　2. 1 　斜率补偿原理　斜率补偿原理

　　PCM 控制的Buck 型DC - DC 转换器如图1 所示。由于增加了电流内环控制,电感电流采样后,叠加斜率补偿电路,合成信号

与误差放大器的输出送入PWM 比较器比较,误差电压进入PWM 比较器参与占空比的调节,经过RS 触发器等逻辑控制单元,有效

保证输出Vout 的稳定。其中占空比D = Vout / V in 。峰值电感电流调节系统有其固有的局限性,占空比变化时对峰值电感电流

IL 的影响如图2 所示,V OSC是振荡器的一路输出控制电压,对应占空比的变化。

　　其中:

　　在N 个周期后, (ΔIL ) ，如果m2 < m1 ,即占空比小于50 % 时,峰值电感电流的扰动收敛; 如果m2 > m1 , 即占空比大于50

% 时,峰值电感电流的扰动发散, 扰动在每个周期的放大后,使得系统极不稳定, 所以未加斜率补偿的系统电源的抗干扰性极差。

图1 　PCM 控制的Buck 型DC - DC 转换器

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