
由式(10)可知当没有斜坡补偿,且m11,表示有1个极点在单位圆之外,此时电流环不稳定。将H(z)转化为s域传递函数:

式中s表示频率。esT可用PadE可用Pade进行二阶近似:

式中Qs=2/[π(2/α-1)],即阻尼系数为1/Qs=[π(m1-m2+2m)]/[2(m1+m2)]。式(13)即为电流环传递函数,斜坡补偿前,当m1(m2-m1)/2即m>max[(m2-m1)/2]=m2/2时,Qs大于0,此时电流环传递函数的极点将出现在左半平面,此时系统也不一定稳定,只有保证电流环具有足够的相位裕度时,系统才稳定。当m2>m>m2/2时,系统虽稳定,但此时还是会出现振铃电流,只有当m=m2即阻尼系数为π/2时,系统才能在一个周期内消除振铃电流,从而获得非常好的瞬态响应。当m>m2时,虽然电流环相位裕度增加,但其带宽变小,即出现过补偿现象,此时会影响系统的响应速度。
2 斜坡补偿方式及电路实现
前文从几个方面研究了次谐波振荡产生的原因,并且指出斜坡补偿能防止系统出次谐波振荡,现研究补偿方式及其具体电路实现。开关电源斜坡补偿分为上斜坡补偿与下斜坡补偿2种方式。图6为下斜坡补偿原理,给出了下斜坡补偿时占空比大于50%的电感峰值电流波形(电流微小扰动作为激励信号)。与图2相比,仅Ve从水平直线改为下斜坡。从图6可以看出,引入斜坡补偿后,电流误差信号每经过一个时钟周期,幅度成比例衰减,最后消失。图7为上斜坡补偿原理,给出了占空比大于50%的电感峰值电流波形。其补偿原理就是在电感峰值电流a上叠加上斜坡补偿电流b,形成检测电流c,使占空比小于50%,稳定系统。由于上斜坡补偿电路实现相对简单,一般采用上斜坡补偿。

对于斜坡补偿,斜率越大,振荡衰减越快,但补偿斜率过大,会造成过补偿。过补偿会加剧斜坡补偿对系统开关电流限制指标的影响,从而降低系统的带载能力;另一方面,过补偿会影响系统瞬态响应特性。通常选择斜坡补偿斜率需根据需要折中考虑。对于Buck和Flyback转换器,补偿斜坡一般取峰值电流下降斜率m2即Vout/L,由于输出电压恒定,所以补偿值便于计算并恒定;对于Boost电路,补偿斜坡也一般取峰值电流下降斜率m2,即 (Vout-Vin)/L但由于输入电压随电网变化,从而要求补偿值跟随输入电压的变化,此时若为了电路设计简单,强迫斜坡斜率固定,则可能出现过补偿或欠补偿现象,降低电路性能并导致波形畸变。
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