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简述斜坡补偿

  采用峰值电流控制的变换器相对于电压控制模式具有更佳的动态特性,但是当其工作在CCM模式下且占空比大于50%时会出现开环不稳定(次谐波震荡)现象,产生机理可从两方面分析:

一、通过过程分析

资料中的常见解释,当占空比<0.5扰动逐渐收敛,当占空比>0.5扰动逐渐发散。

                图1-1 通过趋势分析次谐波震荡

  二、通过结果分析

  次谐波震荡也是一种稳态满足伏秒平衡,所以可以利用最终的稳态结果进行分析。

                图1-2 稳态下的次谐波震荡电流波形

  上图展示了次谐波震荡下的稳态波形既连续两周期满足伏秒平衡,有两个问题需要说明一下:

  • 为什么不会发生多个周期的次谐波震荡?

  一般电流检测电路要有加消隐电路(RC低通)顺便滤掉了高次谐波所以只剩连续两周期的次谐波震荡(既大小波)。

  • 为何占空比<0.5时不会发生次谐波震荡?

  因为占空比小于0.5的次谐波震荡在实际电路中不具备发生条件,见下图:

                                     图1-3 真、假次谐波震荡

  上图(b)其峰值分别由最大占空Dmax和Vcont控制而图(a)中矮、窄峰是不成立的所以次谐波震荡也是不成立。

  通过两周期伏秒平衡公式可以得出大小波的占空比关系:D1+D2=2*Dnorm

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2021-01-14 22:56

  弄清机理之后就可以开始寻找解决方案,要解决的是一个占空比不能大于0.5而又需要大于0.5的矛盾问题(例如电流模式宽输入应用)。

解决方案以下图为示例:

 

                           1-4 斜坡补偿原理

  上图1-4中红色为电流波形,正常情况下是要发生次谐波震荡的,如果增加一个斜坡(蓝色虚线)使原来的上升斜率从m1变为m1+m下降斜率从m2变为m2-mm1+mm2-m(变化后的绿色虚线),从控制器的角度看占空比是小于等于0.5的就避免了发生次谐波震荡。(其中m1m2m都取正数)

补偿斜坡也可以加在Vcont信号上效果相同,见下图。

 

                   1-5 补偿斜坡加在Vcont信号上

至此我们得到了最小斜坡补偿参数m≥(m2-m1/2,而最大斜坡补偿参数为mm2

 

                           1-6 最小、最大斜坡补偿波形

  通过归一化处理并绘制出反激电路最大、最小斜坡补偿参数与最大占空比的关系如下图:

 

                 1-7 反激电路归一化的斜坡与最大占空比关系

斜坡补偿虽然能够解决CCM峰值电流模式的次谐波震荡问题,但也会带来不利因素使电路特性趋向于电压控制模式。

 

                         1-8 过补偿

1-8显示的是过补偿波形已经近似于电压控制模式这就失去了原电流控制模式的优势,所以补偿应适度。

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令义
LV.5
3
2021-01-15 13:31
@boy59
 弄清机理之后就可以开始寻找解决方案,要解决的是一个占空比不能大于0.5而又需要大于0.5的矛盾问题(例如电流模式宽输入应用)。解决方案以下图为示例:[图片]                            图1-4斜坡补偿原理  上图1-4中红色为电流波形,正常情况下是要发生次谐波震荡的,如果增加一个斜坡(蓝色虚线)使原来的上升斜率从m1变为m1+m下降斜率从m2变为m2-m且m1+m≥m2-m(变化后的绿色虚线),从控制器的角度看占空比是小于等于0.5的就避免了发生次谐波震荡。(其中m1、m2、m都取正数)补偿斜坡也可以加在Vcont信号上效果相同,见下图。[图片]                    图1-5补偿斜坡加在Vcont信号上至此我们得到了最小斜坡补偿参数m≥(m2-m1)/2,而最大斜坡补偿参数为m≤m2。[图片]                            图1-6最小、最大斜坡补偿波形  通过归一化处理并绘制出反激电路最大、最小斜坡补偿参数与最大占空比的关系如下图:[图片]                  图1-7反激电路归一化的斜坡与最大占空比关系斜坡补偿虽然能够解决CCM峰值电流模式的次谐波震荡问题,但也会带来不利因素使电路特性趋向于电压控制模式。[图片]                          图1-8过补偿图1-8显示的是过补偿波形已经近似于电压控制模式这就失去了原电流控制模式的优势,所以补偿应适度。
  这是我看到的关于斜坡补偿的最详细的分析了。谢谢!
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2021-01-15 20:24
@令义
[图片] 这是我看到的关于斜坡补偿的最详细的分析了。谢谢![图片]
过奖了
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2021-01-17 13:38
@boy59
 弄清机理之后就可以开始寻找解决方案,要解决的是一个占空比不能大于0.5而又需要大于0.5的矛盾问题(例如电流模式宽输入应用)。解决方案以下图为示例:[图片]                            图1-4斜坡补偿原理  上图1-4中红色为电流波形,正常情况下是要发生次谐波震荡的,如果增加一个斜坡(蓝色虚线)使原来的上升斜率从m1变为m1+m下降斜率从m2变为m2-m且m1+m≥m2-m(变化后的绿色虚线),从控制器的角度看占空比是小于等于0.5的就避免了发生次谐波震荡。(其中m1、m2、m都取正数)补偿斜坡也可以加在Vcont信号上效果相同,见下图。[图片]                    图1-5补偿斜坡加在Vcont信号上至此我们得到了最小斜坡补偿参数m≥(m2-m1)/2,而最大斜坡补偿参数为m≤m2。[图片]                            图1-6最小、最大斜坡补偿波形  通过归一化处理并绘制出反激电路最大、最小斜坡补偿参数与最大占空比的关系如下图:[图片]                  图1-7反激电路归一化的斜坡与最大占空比关系斜坡补偿虽然能够解决CCM峰值电流模式的次谐波震荡问题,但也会带来不利因素使电路特性趋向于电压控制模式。[图片]                          图1-8过补偿图1-8显示的是过补偿波形已经近似于电压控制模式这就失去了原电流控制模式的优势,所以补偿应适度。
学习了,很通俗易懂,感谢分享!
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2021-01-17 22:24
@hunter4051
学习了,很通俗易懂,感谢分享!

谢谢肯定!

这斜坡明明放在下面去解释很容易懂,不知为何看过的资料都是放在上面去解释。

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2021-02-26 23:59
@boy59
 弄清机理之后就可以开始寻找解决方案,要解决的是一个占空比不能大于0.5而又需要大于0.5的矛盾问题(例如电流模式宽输入应用)。解决方案以下图为示例:[图片]                            图1-4斜坡补偿原理  上图1-4中红色为电流波形,正常情况下是要发生次谐波震荡的,如果增加一个斜坡(蓝色虚线)使原来的上升斜率从m1变为m1+m下降斜率从m2变为m2-m且m1+m≥m2-m(变化后的绿色虚线),从控制器的角度看占空比是小于等于0.5的就避免了发生次谐波震荡。(其中m1、m2、m都取正数)补偿斜坡也可以加在Vcont信号上效果相同,见下图。[图片]                    图1-5补偿斜坡加在Vcont信号上至此我们得到了最小斜坡补偿参数m≥(m2-m1)/2,而最大斜坡补偿参数为m≤m2。[图片]                            图1-6最小、最大斜坡补偿波形  通过归一化处理并绘制出反激电路最大、最小斜坡补偿参数与最大占空比的关系如下图:[图片]                  图1-7反激电路归一化的斜坡与最大占空比关系斜坡补偿虽然能够解决CCM峰值电流模式的次谐波震荡问题,但也会带来不利因素使电路特性趋向于电压控制模式。[图片]                          图1-8过补偿图1-8显示的是过补偿波形已经近似于电压控制模式这就失去了原电流控制模式的优势,所以补偿应适度。
感谢版主分享,反激斜坡补偿和占空比推到怎么得到了,能分享下推到过程吗,非常感谢!
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2021-02-27 10:56
@mf2605021898
感谢版主分享[图片],反激斜坡补偿和占空比推到怎么得到了,能分享下推到过程吗,非常感谢!

利用最大、最小斜坡关系式再把占空比引入就可以。

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2021-02-27 12:13
@boy59
[图片]利用最大、最小斜坡关系式再把占空比引入就可以。
非常感谢,上面归一化公式是什么量了。
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2021-02-28 09:37
@mf2605021898
非常感谢,上面归一化公式是什么量了。[图片]

默认斜坡是指电流斜坡,需要通过采样Rs转换为电压信号,再引入周期T将斜率(dv/dt≈V/T)转换为电压幅值(是个人喜好)。

不同的参数补偿结果不一样,归一化处理就是想让结果统一,实际设计中不需要归一化考虑或者将Vin*Rs*T/Lm作为系数乘到归一化公式中。

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2021-02-28 11:16
@boy59
默认斜坡是指电流斜坡,需要通过采样Rs转换为电压信号,再引入周期T将斜率(dv/dt≈V/T)转换为电压幅值(是个人喜好)。不同的参数补偿结果不一样,归一化处理就是想让结果统一,实际设计中不需要归一化考虑或者将Vin*Rs*T/Lm作为系数乘到归一化公式中。
感谢
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2021-03-01 08:49
@mf2605021898
[图片]感谢
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SUNNY34373
LV.1
14
2021-05-12 13:43

感谢版主分享。有一点一直不明白:在反激中m2斜率应该怎么表示。

在MOS关断时,Lp上电压等于反射电压Vout×Nps,且MOS关断后Lp上实际无电流。

版主用Vout/Lm,这个怎么理解。

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2021-05-12 15:28
@SUNNY34373
感谢版主分享。有一点一直不明白:在反激中m2斜率应该怎么表示。在MOS关断时,Lp上电压等于反射电压Vout×Nps,且MOS关断后Lp上实际无电流。版主用Vout/Lm,这个怎么理解。

如果是反激要用Vor/Lm,Vor=(Vout+Vd)*N。

因为斜坡补偿可以用于任何峰值电流控制的拓扑,比如正激、buck-boost电路等,所以并未特别以反激举例。

MOS关断后电感上依然有电流(MOS管无电流、输入无电流),功率就是在Toff这段时期传递到负载的(反激)。

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2022-08-29 10:04

请问这个斜坡和采样的波形叠加后不是把过流保护触发点都抬高了吗?还是说两个波形叠加是抵消了一部分?

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dy-kJMVjMr8
LV.1
17
03-18 08:47

请问一下楼主,这个算是斜坡补偿不(新手小白),怎么算这RSS和CSS呢,或者说删掉行不行,我想用这个图做个东西不知道可不可行

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Daveone
LV.1
18
03-19 12:50

有没有办法把峰值电流比较变成在纹波电流中点的比较,这样就是峰值电流模式下的平均电流模式了

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03-19 22:09
@dy-kJMVjMr8
[图片]请问一下楼主,这个算是斜坡补偿不(新手小白),怎么算这RSS和CSS呢,或者说删掉行不行,我想用这个图做个东西不知道可不可行

斜坡补偿在四脚RT/CT上产生并通过三极管、Cramp、Rramp叠加到3脚ISENSE上。

Css和Rss实现软启功能,计算公式大致如下:

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03-19 22:20
@Daveone
有没有办法把峰值电流比较变成在纹波电流中点的比较,这样就是峰值电流模式下的平均电流模式了

是可以实现的,需要引入输出电压信息实现可调斜坡及加入平均值补偿,效果能与平均电流模式一样又兼顾峰值电流的单周期保护功能。(最终效果通过输入扰动可以验证)

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Daveone
LV.1
21
03-20 16:19
@boy59
是可以实现的,需要引入输出电压信息实现可调斜坡及加入平均值补偿,效果能与平均电流模式一样又兼顾峰值电流的单周期保护功能。(最终效果通过输入扰动可以验证)

电感电流下降斜率等于Vo/L  通过每个开关周期采样输出电压让补偿斜率等于下降斜率的一半就可以了是吧

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03-23 11:27
@Daveone
电感电流下降斜率等于Vo/L 通过每个开关周期采样输出电压让补偿斜率等于下降斜率的一半就可以了是吧

是的 差不多就是这样子。

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dy-4kCaytHN
LV.1
23
04-23 17:55
@dy-kJMVjMr8
[图片]请问一下楼主,这个算是斜坡补偿不(新手小白),怎么算这RSS和CSS呢,或者说删掉行不行,我想用这个图做个东西不知道可不可行

这个是缓启吧

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chhe008
LV.4
24
04-23 21:24

  这是我在电源网看到的关于斜坡补偿的最详细的分析了。谢谢!

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