峰值电流控制模式Boost DC—DC变换器的斜坡补偿研究

李璐

摘要：该文简要地介绍了峰值电流控制中斜坡补偿的基本原理以及优点，并对系统的稳定条件进行了分析，研究了斜坡补偿和系统稳定的关系，最后通过斜坡补偿设计解决了系统中出现的不稳定的因素。

关键词：峰值电流；斜坡补偿

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）13-0228-02

1概述

DC-DC功率变换器有许多种控制模式，最常用的有电压控制和电流控制，电流模式具有补偿电路简单，动态响应快，增益带宽大，稳定性好等优点与电压控制模式相比。在峰值电流控制的Boost电路中，由于采用了功率开关等非线性的器件，给系统带来了非线性现象，影响变换器的性能，所以我们引入斜坡补偿的手段来实现系统的稳定性控制。

2峰值电路控制的电路原理及优缺点

图1为峰值电流控制的DC-DC Boost功率变换器的原理图，输出电压u₀经过采样后与设定的参考电压u_ref通過电压误差放大器比较，比较后得到的信号与整流后采样电压相乘，其乘积信号作为参考电流信号，将此电流信号与流过开关管的电感电流采样信号进行比较，将电流比较器的输出PWM波形作为驱动信号来控制开关管的开通和关断。当电感电流i_L的值达到参考电流的值之前，开关管S一直处于导通状态。当电感电流达到参考电流之时，电流比较器就会输出关断信号，使开关S处于截止状态。

峰值电流模式与平均电流模式相比具有以下优点：

闭环响应速度快，具有良好的线性调整率；控制环易于设计；对并联工作的多台电源能够实现自动均流；具有瞬时峰值的电流限流功能。

3系统稳定条件分析

如图2可以看出，当占空比大于0.5时，后一个开关周期的电感电流扰动误差比前一个开关周期的扰动误差要大，电感电流误差信号是振荡发散的，系统处于不稳定状态。

接下来将以数学推导的方式得到系统不稳定的条件，根据峰值电流型DC-DC Boost变换器的工作原理，可以得到系统的微分方程：

即占空比小于0.5时系统稳定，占空比大于0.5时系统不稳定。

4斜坡补偿

为了消除系统中出现的不稳定现象，通常采用斜坡补偿的方法，使占空比D>0.5时系统仍然能够稳定工作，通常给参数微扰量增加一个负斜率的斜坡补偿信号，采用固定斜坡补偿的方法，以参考电流作为参数扰动对象，减去一个同开关频率的微小的斜坡信号，得到固定斜坡补偿的电感电流工作曲线如图3所示：

为了验证固定斜坡补偿控制理论分析上的正确性，通过仿真的方法进行验证，在没有斜坡补偿的时候占空比交替变换，出现不稳定现象，加入固定斜坡补偿后，占空比均匀变换，系统稳定，仿真图如图4所示：

5结论

峰值电流控制是一种比较理想的开关电源控制方式，采用斜坡补偿能够改善电路的性能，增加系统的稳定性，当占空比D大于0.5时系统不稳定，加人斜坡补偿后，使得能够有效的拓宽功率变换器的稳定工作范围，是系统在D>0.5时仍然能使系统稳定工作，提高了系统的抗干扰能力。