摘 要：本文通過分析固定頻率、峰值電流模式升壓DC-DC變換器中斜坡補償?shù)幕驹?，提出了一種簡單實用的斜坡補償電路。該電路利用恒定電流充放電型振蕩器產生的斜坡電壓信號，通過一個V-I電路轉換成可作為斜率補償用的斜坡電流信號。

　　關鍵詞：峰值電流模式；振蕩器；斜坡補償

引言
　　開關電源按控制模式可以分為電壓模式和電流模式兩大類。相比電壓模式而言，電流模式因動態(tài)響應快、補償電路簡單、增益帶寬大、易于并行輸出等優(yōu)點而獲得廣泛應用。但是，在峰值電流模式中存在如下問題：占空比大于50%時系統(tǒng)的開環(huán)不穩(wěn)定；由于峰值電流而非平均電感電流而產生的系統(tǒng)開環(huán)不穩(wěn)定性；次諧波振蕩；抗干擾能力差，特別是當電感中的紋波電流成分很小時，這種情況更為嚴重。解決上述問題的辦法很簡單，就是增加一個斜坡補償電路。本文介紹了固定頻率、峰值電流模式升壓DC-DC變換器斜坡補償?shù)幕驹?，設計了一種簡單實用的斜坡補償電路。

斜坡補償?shù)幕驹?BR>　　i_sense是對功率開關管的電流采樣，相當于對ton時間內電感電流的采樣。將采樣電流i_sense轉換成電壓信號Vi，再輸入到PWM比較器，與誤差放大器的輸出Vea比較，從而控制功率開關管的導通與關斷，實現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓的功能。顯然，誤差放大器的輸出Vea確定了電感電流的峰值，這里假設這個電流為Iref。
首先考慮無斜坡補償?shù)那闆r。

　　從t=nT到t=(n+1)T的一個周期內(T為開關周期)，電感電流線性上升到Iref，然后開始下降。設t=nT時的電感電流為in，t=(n+1)T時電感電流為in+1，輸出電壓為v，占空比為D。

　　若考慮穩(wěn)態(tài)情況下電流in存在的微小擾動，由升壓公式v/Vin=1/(1-D)，并且忽略公式(2)中后兩項in的高階項，則有：

　　設l=-D/(1-D)，則為使系統(tǒng)穩(wěn)定，l必須滿足-1現(xiàn)在考慮疊加一個斜率為mc的斜坡補償電流信號到電感電流上的情況，這里mc>0。這時，對電感電流上升和下降兩種情況列方程得：

　　要想使系統(tǒng)穩(wěn)定，則l必須滿足-1由公式(4)可以發(fā)現(xiàn)疊加一個正的斜坡信號(mc)到電感電流上相當于疊加一個負的斜坡信號(-mc)到Iref上，即：

　　在占空比D一定的情況下，若D<0.5，則不需要斜率補償即可實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定；若D>0.5，則要獲得系統(tǒng)穩(wěn)定，補償?shù)男甭蚀笮獫M足：

斜坡補償電路的設計和實現(xiàn)
　　斜坡補償?shù)膶崿F(xiàn)可以通過對一個斜坡電流信號i_slope和電感電流采樣信號i_sense求和，然后輸入到一個I-V電路產生Vi，再和誤差放大器的輸出Vea進行比較以設定占空比，穩(wěn)定輸出電壓。采用恒定電流充放電型振蕩器可以獲得固定頻率、固定占空比的時鐘脈沖信號和斜率恒定的斜坡電壓信號。時鐘脈沖信號用來設定電壓變換器的工作頻率和占空比，而且可以使控制電路有效地實現(xiàn)電流模式的逐個脈沖控制。斜坡電壓信號可以用來產生作為斜率補償用的斜坡電流信號i_slope。

振蕩器電路
　　其中MP4~MP8、MN6~MN9為比較器，它與反相器INV1、INV2、INV4構成施密特觸發(fā)器，MP3、MP2為電流源。該振蕩器電路需要一個基準電壓信號VREF來設定施密特觸發(fā)器的上、下閾值電壓，電流源IREF用來產生對電容C進行充放電的恒定電流。VREF和IREF均可由升壓變換器系統(tǒng)內部的基準電壓源和基準電流源提供。

斜坡補償信號的產生
　　振蕩器中電容C上的電壓雖然是斜坡信號，但是電壓求和不如電流求和簡單，所以采用一個V-I電路把斜坡電壓轉換成斜坡電流，這樣更容易實現(xiàn)斜坡補償。具體實現(xiàn)電路如圖3所示。

　　VL為施密特觸發(fā)器的下閾值電壓；VC為定時電容C兩端的電壓，VC≥VL。MP11、MP12、MP15是一組電流大小相等的鏡像電流源。當VC=VL時，MN19、MN20、MN21的電流相等，即等于電流源的電流值。當VC增大，MP14上的電流減小， MP12上的一部分電流經過R4流向MP13。MN21與MN20是電流鏡結構，所以，MN21的電流減小。這時，i_slope就等于流過R4的電流。

　　假設MP11、MP12、MP15完全匹配，MP13、MP14完全匹配，MP19、MP20、MP21完全匹配，ro為MP14的小信號輸出電阻：

　　在I1和C固定的情況下，改變R4的阻值大小即可調節(jié)i_slope的上升斜率。

　　為了保證升壓變換器穩(wěn)定工作，需要對電感電流疊加一定斜率的補償信號，并且要滿足式(8)的要求。本電路的補償方法是將i_slope和i_sense一起輸入到一個求和電路進行疊加，所以i_slope斜率應滿足：
仿真結果與分析
　　在0.8mm的BiCMOS工藝下，用Hspice對振蕩器電路和斜坡補償電路進行仿真。

　　振蕩器時鐘脈沖CLK輸出波形、斜坡電壓信號VC波形以及斜坡補償信號i_slope輸出波形，其中VDDA為3V，VSSA為0V，IREF為0.5mA，VREF為1.24V，由此得到振蕩器的頻率為622kHz。

結語
　　本文通過分析峰值電流模式升壓DC-DC變換器中斜坡補償原理，提出了一種簡單實用的斜坡補償電路。仿真結果表明,只要合理調節(jié)V-I電路中的電阻R4的值，就能夠得到保證系統(tǒng)穩(wěn)定的斜坡補償量。■