SMPS中的恒定电流源产生斜率补偿坡道

       开关电源(SMPS)采用峰值电流模式控制(PCMC)，需要一个斜坡信号来进行斜率补偿内部(电流)控制回路。

       斜率补偿使电流回路稳定，当在连续导电模式下运行，功率因子接近或超过50%时，它则表现为谐振荡。此外，因为通过输出电容器的平均电流必须为零，所以要控制的电流是电感电流的平均值，这直接关系到负载电流。

       使用PCMC时，需要较正电感电流峰值与平均值的差所引起的误差。斜率补偿校正了这个电感电流峰值-平均值的误差。

       斜率补偿是将一个周期坡道的感应电流信号相加得到。产生坡道的一个途径是使用控制IC产生的R-C振荡器波形。这个振荡器一般用一个射极跟随器进行缓冲，然后反馈到电阻器，再将振荡器坡道中流入另一电阻器的感应电流求和。这个求和的值发送到控制IC的感应电流脚，ISNS。

        然而这一技术增加了振荡器负载并引入噪音，这些都可能错误地触发脉宽调制(PWM)的控制。PCMC IC制造商近期的应用注解建议去除振荡器负载，甚至射极跟随缓冲器。

       推荐的获取坡道的途径是在MOSFET的门极驱动输出端集成一个R-C网络。门极驱动输出是一个振幅为0到约10V的矩形脉冲。选择合适的R和C值加进这个脉冲从而产生坡道波形。当脉冲降低，二极管使电容放电，坡道趋于零。

       这种方法是相当有效，但如果SMPS的输入电压变化很大就会产生一个问题。如果由在9V-16V之间变化的输入电压直接驱动控制IC，坡道补偿的斜率将直接随着输入电压的变化而变化。这会导致过度补偿，实际上会增加峰值-平均值的误差。

        可是，图1所示电路产生一个坡道，其斜率与输入电压无关。这是由于具有恒定电流源的控制IC(U1's)的PWM门极驱动器(pin 6, OUT)作为输入端给电容器充电。
 

       假定SMPS的输入电压(引脚7为u1，为明确起见其连接已被省略)为最小值9V，当脉冲升高到约7.5-8.0V时，电路R1-Q1-Q2从一个恒流源流入电容器C1。当R1 = 220Ω(VBE = 0.65 V)时，电流值大约为2.95 mA。当流入C1的时间为t，这个恒定电流在C1两端产生的坡道电压，可表示为公式：

       Q = C x V = I x t, or V = (I x t)/C

      坡道的斜率为V/t = I/C

       所以在所示电路中，斜率是2.95 mA/1.5 nF =1.97 V/?s。

       当开关周期(333 kHz)为3.0 ?s和占空系数为2/3时，PWM脉冲的开启时间是2.0 ?s。因此，斜率补偿坡道的峰值是3.94V。当脉冲降低，二极管D1导通，C1放电至近0V。必须选定R1和c1，这样坡道的峰值电压才不会等于或超过输入电压的最小值，这里电压的最小值是9.0v。另外， 也必须选定R3和C1，这样R3不会使C1负载过重。

        当输入电压为最大值16.0V时，坡道的斜率仍是1.97v/?s，而当加入R-C电路时则不会这样。坡道从电阻R3输入，而感应电流波形和ISNS_UNFLTRD从电阻R4输入。两者的相加到达U1引脚3 ，这是控制IC的感应电流输入端。当输入电压在9V-16V之间变化时测量出的波形图没有什么变化(图2)。
 

本文来源：电子系统设计    作者：Claude Abraham

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