开关电源斜坡补偿的详细推导

直接进入正题,如下图以buck为例。我们首先假设,电感的电流波形以斜率m1上升,然后以斜率m2下降,在电感的电流达到峰值电流的时候限值电压(顶上的电压横线)突然受到一个干扰时间为δt,幅值为+δv的干扰后(限值电压升高),电感峰值电流达到原本的峰值电流后在δt时间内继续上升,上升的电流幅值为δi,随后干扰消失,电感电流以m2的斜率下降,大致如下图,下面来计算一下受到干扰后电流波形与原本的电流轨迹的差值δi1,δi2......δin,是越来越大还是越来越小,越大则不稳定,越小则稳定。
上图中虚线为受到干扰后的波形,实线为原本的波形轨迹
我们把实线的第一个峰值电流记做 i1
我们把虚线的第一个峰值电流记做 i1_1
i1_1 - i1=δi
我们把实线的第二个峰值电流记做 i2
我们把虚线的第二个峰值电流记做 i2_1

i2=i2_1 i1=in_1
然后我们把时间点t1垂直建立一个坐标系,设时间轴t上的点t1为原点
可以看出i1以m2的斜率下降了时间toff,i1_1以m2的斜率下降了时间toff-δt,可得出结论i1和i1_1下降到时间点t2后,i1_1比i1少下降了时间δt
则i1_1比i1降低的电流为 δt·m2
由于原来i1_1比i1就高出了δi i1_1 - i1=δi
则如上图δi1=δi+δt·m2
δt是我们自己作的辅助时间线,为未知数,我们需要先把时间δt求出
δt和δi和斜率m1很容易得到关系式
则有
同样的方法可推导出
从公式非常容易得到一个结论
当m2/m1>1时,δin会越来越大,导致不稳定
然后我们假设电感电流波峰到波谷之间的电流差值为δi(小写i)
可得到如下结论
m2/m1>1时相当于 d/(1-d)>1,也就时相当于d>0.5时会不稳定。
结论:buck在不做任何处理的情况下占空比d>0.5将导致不稳定。
下面我们分析一下,加入斜坡补偿(在限值上加入一个斜率m3)的情况
如下图所示
由于跟上面的分析基本类似,为了更简洁下面主要看图,尽量少用一点文字
实线和虚线到时间t2时,实线和虚线都以斜率m2下降,虚线比实线多下降了时间δt,然后原本虚线顶点比实线顶点高出电流i2可得到
再过一个周期后,如上图
实线和虚线到时间t4时,实线和虚线都以斜率m2下降,虚线比实线少下降了时间δt1,然后原本虚线顶点比实线顶点低出电流i2_1
可得到
根据伏秒平衡
也可以从公式中看出,d<0.5时,系统时恒稳定的
再d>0.5时必须满足
还可以引申一下,占空比d最大时1,我们取最大占空比1来分析
上式可变成

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