峰值电流模式开关电源的次谐波振荡分析与斜坡补偿策略

本文主要探讨了峰值电流模式开关电源中的次谐波振荡问题。峰值电流模式因其快速瞬态响应和易于设计的控制环路等特点，在开关电源中广泛应用，但同时也带来了一定的挑战，特别是在电流控制中，电流峰峰值的波动可能导致系统不稳定，产生次谐波振荡。 次谐波振荡主要发生在占空比大于50%的情况下，电流环路在开关频率的一半即1/2开关频率处出现振荡。这种现象源于电流控制的特性，当电感电流受到微小阶跃变化时，误差信号会在后一个周期中放大，形成周期性发散，导致系统不稳定，且振荡周期是开关周期的两倍，因此称为次谐波。 为了确保系统稳定性，文中引入了斜坡补偿的概念。斜坡补偿可以有效地调整电流环路增益的传输函数在1/2开关频率处的相位裕度，通过调整上升或下降斜坡，使得系统在这一特定频率处的相位响应变得平滑，从而避免振荡。研究了上斜坡补偿和下斜坡补偿两种方法，这两种补偿方式能够根据具体的应用场景选择合适的补偿策略。 作者基于三种基本的开关电源拓扑，如 buck、boost 和 buck-boost 等，给出了具体的斜坡补偿电路设计，并通过仿真验证了这些补偿电路在实际应用中的效果。这些设计对于优化DC-DC开关电源的性能，减少次谐波，提高系统稳定性具有重要意义。 本文通过对峰值电流模式开关电源次谐波振荡的深入分析，不仅揭示了其产生的机理，还提供了有效的解决方案，对于开关电源的设计者和工程师来说，是一篇极具实用价值的研究论文。