降压型dcdc转换器斜率补偿设计案例.docx
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降压型dcdc转换器斜率补偿设计案例
降压型dcdc转换器斜率补偿设计案例
降压型DCDC转换器斜率补偿设计案例
电源网讯
摘要:
PWM电流模控制方式在DC-DC转换器设计电路中得到了广泛应用,也带来了斜率补偿问题。
讨论了降压型DC-DC转换器中斜率补偿技术的原理,分析了传统的线性补偿技术并详细介绍了一种改进的分段线性补偿电路,给出了在1.6MHz降压转换器中的实际应用电路。
电路基于CSMC0.5μmCMOS工艺设计,通过CadenceSpectre仿真验证,该斜坡补偿电路有效解决了子谐波振荡以及过补偿问题。
关键词:
峰值电流控制;斜坡补偿;分段线性补偿;降压转换器;脉冲宽度调制
1引言
Buck型DC-DC转换器设计中常采用PWM反馈控制方式以调节输出电压或电流。
PWM控制方式分电流模式控制和电压模式控制两种方式。
电流模式控制方式是电流内环和电压外环双环控制
[1],输入电压和负载的变化将首先反应在电感电流上,在输入电压或负载改变时具有更快的响应速度。
电流模式控制方式有峰值电感电流控制和平均电感电流控制两种方式。
峰值电感电流控制由于其优点被广泛应用[2],但其存在固有的开环不稳定现象,在提高快速性的同时,也带来了稳定性的问题。
当输入电压降至一个接近输出电压的值时,占空比向最大导通时间增加,输入电压的进一步降低将使主开关在超过一个周期的时间里保持导通状态,直到占空比达100%,这时电路可能会发生子谐波振荡,需要通过一个斜率补偿电路来保持这种恒定架构的稳定性,在大占空比情况下是通过给电感电流信号增加一个补偿斜坡来实现的[3]。
设计降压型DC-DC转换器时,解决固定频率峰值电流控制方式的开环不稳定情况需要做深入的研究。
文章从一般的线性斜率补偿电路入手,分析了分段线性斜率补偿电路,提出一种改进的实际应用电路图,并给出了分析和模拟仿真结果。
2原理分析
2.1斜率补偿原理
PCM控制的Buck型DC-DC转换器如图1所示。
由于增加了电流内环控制,电感电流采样后,叠加斜率补
偿电路,合成信号与误差放大器的输出送入PWM比较器比较,误差电压进入PWM比较器参与占空比的调节,经过RS触发器等逻辑控制单元,有效保证输出Vout的稳定。
其中占空比D=Vout/
Vin。
峰值电感电流调节系统有其固有的局限性,占空比变化时对峰值电感电流IL的影响如图2所示,VOSC是振荡器的一路输出控制电压,对应占空比的变化。
其中:
在N个周期后,（ΔIL），如果m2m1,即占空比大于50%时,峰值电感电流的扰动发散,扰动在每个周期的放大后,使得系统极不稳定,所以未加斜率补偿的系统电源的抗干扰性极差。
图1PCM控制的Buck型DC-DC转换器
图2占空比变化时IL的扰动过程加入补偿电流后的电感电流IL扰动过程如图3所示。
此时（ΔIL）1=-m2-m/m1+m,（ΔIL）0,当m>0.5m2时的补偿
可以使电感电流明显收敛,能很好地使系统达到稳定[4]。
图3补偿后IL扰动过程
2.2线性补偿电路的原理及方法
从前一节的基本原理可以得出,在采样电感电流上叠加一个斜坡电流可以达到预期要求。
补偿方式有多种,下
面研究图4所示的差分放大器结构。
这是一个典型的差分放大器电路,也可以说是比较器电路。
设V1为参考电压Vref,如图4所示,在V2远小于参考电压时,I1基本为0,Iss全部流入M4,即I2=Iss;当V2等于参考电压时,I1=I2=Iss/2,事实上M2进入线性区时M1就漏入电流,即在Vref-Vid,max时就已经存在电流,事实上的翻转点提前Vid,max,如图5所示。
其中Vid,max为最大过驱动电压。
图4差分放大器结构
图5线性区电流翻转点
可以得到:
I1的一个支路流出作Islope,于是得到一个斜率固定的补偿斜坡。
但是,用此斜率来补偿所有占空比条件使芯片都能稳定工作,往往会因为补偿量过大而影响峰值电感电流,空载时甚至使电流模控制失效。
设计时往往会考虑两段或多段补偿甚至自适应补偿来满足整个系统的要求。
3分段线性斜率补偿及改进型斜率补偿电路
图6是两种线性斜率补偿电路,均可提供两段线性补偿斜坡。
Vosc均为振荡器的一路输出,图6（a）中Vref1和Vref2为基准输出,且Vref1>Vref2,大占空比时Vctrl关断M3管;Vosc较小时,M1和M2均关断,没有补偿电流,Vosc逐渐
增大,由于Vref1>Vref2,M1首先导通,I1提供斜率补偿
电流;Vosc继续增大,M2导通,I1+I2共同提供斜率补偿电流。
图6（b）中Vref为基准输出,M5和M6均为有源负载,如果把图中M1和M3的宽长比取值为（W/L）1?
（W/L）3=1?
4,利用公式,根据Vid,max1?
Vid,max3=2?
1,M1
和M3线性区的宽度不同,二者导通时间也就不同;Vosc逐渐变大,达到Vref时,Vid,max最大的M1管首先进入线性区,ΣI=I1;Vosc继续升高,Vid,max稍小的M3管也进入线性区,ΣI=I1+I3镜像放大后提供补偿电流。
可以看到,二者均能提供两种占空比条件下的补偿电流,图6（a）通过R1调节VD从而控制M1和M2的工作状态;图6（b）则是通过VG以及管子的线性区宽度控制。
为获得对应更多占空比变化的多段斜率补偿电流,经验证,采用图6（b）的结构实现方便而且调节效果好。
理论上可以并联多段以得到斜率不同的电流,取决于系统对补偿斜坡的要求,但是由于Vid本身就很小,分段太细在精度上很难达到要求。
图7分别为一段、两段和四段斜率补偿电流的示意图,占空比变化时分段越多对电感电流的调节效果越好。
基于上述理论分析,本文提出一种基于图6（b）的改进型应用电路结构设计,如图8所示。
此电路分四段补
偿,占空比升高对应四段斜率变大的补偿斜坡。
设计四对管的宽长比不同,充分利用这四对管子的线性区动态范围不同,以产生四段补偿斜坡对应占空比变化。
图8中M1,M8组成四对比较器;M12,M22提供偏置电流,M9为有
源负载,M10,M11将补偿电流ΣI镜像放大。
基准输出VL及VH作为斜率补偿的两个参考点,由基准电路输出,Vosc为振荡器的一路输出。
取M1,M3,M5,M7的参数为
图8四段斜率补偿电路
Vosc逐渐变大,达到VL时,Vid,max最大的M1管首先进入线性区,继续升高,Vid,max稍小的M3管也进入线性区;Vosc升高到VH时,M5管进入线性区,继续升高,Vid,max稍小的M7管进入线性区。
从图8中可以得到整体电流ΣI。
ΣI经过比例放大作为斜率补偿电流再与电感电流进行叠加,电流ΣI表示为:
ΣI=I1+I3+I5+I7=（gm1+gm3）（Vosc-VL）+（gm5
+gm7）（Vosc-VH）（8）4仿真结果与分析
将此电路模型应用于一款同步整流1.6MHz降压型DC-DC转换器,基于CSMC0.5μmCMOS工艺,利用
CadenceSpectre仿真,得到仿真结果如图9所示。
通过仿真结果可以得到,当Vosc比较小即占空比较小时,不进行补偿,可以看到斜率补偿电路输出电流为零;Vosc逐渐变大,补偿的电流斜率也逐渐变大,共有四段补偿斜坡,分别对应四段逐渐增大的占空比情况。
在工作频率为1.6MHz时,此斜率波形能较好地补偿电感电流,从而避免子谐波振荡以及过补偿的发生,有效地保证系统的稳定性。
图9仿真结果
5结语
本文讨论了线性斜率补偿电路的原理及电路结构,设计了一种能较好地工作在1.6MHz的降压型DC-DC转换器的斜率补偿电路,且原理简单易于实现。
本款电路同样适用于升压转换电路。
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23、你可输给任何人，但不能输给自己。
24、经常给家里打个电话，即使嘴上都说不想对方，其实内心早已情动于中;有了女（男）朋友，也不能忘了爹和娘。
25、多笑笑，会慢慢让自己真的快乐起来。
26、好好利用公开场合锻炼、展示自我，哪怕只是一次课堂上的发言，别怕尴尬，更别怕丢人，也不要笑话在公众面前丢脸的人。
27、小的眼睛里没有君子，君子的眼睛却可以识破小人。
28、屈原说:
“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。
”这种精神可贵，但在现实之中却很少有人能这样执着了。
如果有人能够做到，他一定会是最成功的人。
29、永远别渴望做个任何人都不得罪的人，有人反对有人支持然后自己做出决定是精彩的人生。
30、一个生命完结，另一个生命诞生，世界就是在这种循环中得到永恒。
用不着为死去的过于悲哀，也用不着为新生的过分高兴。
生命都是一种相同的过程，关键在于能否使它辉煌。
如果一个人能活得无愧无悔，坦坦荡荡，虽未轰轰烈烈，但这仍可算作是伟大的一生。
31、后悔是一种耗费精神的情绪、后悔是比损失更大的损失，比错误更大的错误、所以不要后悔。
32、你的确要学的有心计，但是记住，永远记住，在社会上要胜利的唯一的方法永远只是一个，那就是实力，永远不用怀疑。
34、人生百态，不要对新的看不惯的东西生气，无所谓的。
35、我们确实活得艰难，一要承受种种外部的压力，更要面对自己内心的困惑。
在苦苦挣扎中，如果有人向你投以理解的目光，你会感到一种生命的暖意，或许仅有短暂的一瞥，就足以使我感奋不已，所以我们要学会感激。
36、冷静，有大事时，能安静并能快速想出办法的人，很厉害。
37、社会充满竞争，赢得竞争靠的是自己的实力。
38、一种对工作和学习的冲击力及持久力会让你有特殊的魅力和个人实力。
39、父母给我们生命，生活给我们智慧。
智慧产生于社会实践，这是千真万确的真理。
因此，不仅要珍惜生命，珍视生活，更要重视社会实践。
不经历风雨就无法见到彩虹，没有实践就无法得到智慧。
40、积水成渊，积土成山。
不积跬步无以致千里，做事万不可心急，必须从一点一滴做起，必须从每一件小事做起。
现在的人常是小事不做，大事做不来，到头来空活一场，空耗一生。
41、水涨船高，勿怕他人强于己。
水落石出，别羡乌云压枝低。
42、你可以选择坚持，也可以选择放弃。
没有对错。
我是说对爱情来说，但是重要的是坚持你的选择。
43、如果老是去琢磨哪些人你讨厌，哪些人与你志趣相投，那么你就大错了，要想着如何让别人接纳你，而不是你能接受什么样的人。
44、对陌生人，或者把对方当做一张白纸，或者把对方当你的朋友，总之别当做敌人，即使你听到再多的关于他（她）的不好的传闻。
45、爱你的人，不管你接不接受，你都应该感谢对方，这是对他们的尊重。
46、坚持在背后说别人好话，别担心这好话传不到当事人耳朵里，有人在你面前说某
人坏话时，你只微笑。
47、抽时间出来锻炼身体。
48、不管现在你对未来多困惑，多迷茫，都不要忘了树立一个目标。
一个人过去或现在的情况并不重要，将来想要获得什么成就才最重要。
除非你对未来有理想，否则做不出什么大事来。
49、不要把过去的事全让人知道，尊敬不喜欢你的人。
50、成大事的方法多种多样，别不接受你看不惯的方法。
51、一切以健康为中心,遇事潇洒一点，看世事糊涂一点。
52、气不鼓不能前进，气太足可能爆胎。
53、三个忘记:
忘记年龄，忘记过去，忘记恩怨。
54、乐观的人看见问题后面的机会，悲观的人只看见机会后面的问题，机会是从来不会主动敲响你的门，无论你等待多少年。
它也只会如一阵风一样拂面而过，需要你的反应能力和追随速度。
朝着一个目标前进，尽量使用你的潜能，才华横溢的你会发现机会的存在。
风虽然没有颜色，可是拂过之后却是绿意一片。
55、很多事情当你再回忆时会发现其实没什么。
所以，不管当时你多么生气都告诉自己不必这样，你会发现事实真的没啥大不了。
56、人生唯一不会落空的等待是注定的死亡，世间唯一保持恒久不变的就是变化。
57、最难战胜的敌人，是自己;最可怕的敌人，是朋友;最防不胜防的敌人，是欲望;最迷惑人的敌人，是感情。
58、生活是一种经历，也是一种体验;生活是一种感受，也是一种积累。
生活没有答案，生活不需要答案。
当生活即将不属于你时，你才会发现:
生活仅仅是一个过程，而这个过程无论多么复杂，最终结局都是一样的。
生活注重的是过程，而不是结局。
59、奋斗人生的诀窍就是经营自己的长处。
经营自己的长处能给你的人生增值。
经营自己的短处必然使你的人生贬值。
自己的路自己走
自己的路自己走，谁都无法代替你，无论别人如何成功你如何失败。
即使是一个失败的自己你也要好好的珍重自己的失败，因为这是你人生的经验，是你来到这世界上的你全部的报偿和收获。
我们也可以说适合自己的就是最好的，你之所以这样做之所以这样走到今天，一定是有你的理由和依据。
人与人没有可比性关键是要找到自己。
我曾经以为自己已经找到了自己却发现寻找的工作还是要一直继续下去，活一天就得去寻找一天。
追求是要追求的哪怕这样的追求显得是很虚弱很无力很无奈，甚至它像是一块遮羞布但是我仍然需要它，因为只有这样才能看见自己感觉到自己。
人生的路曲曲弯弯已经走成了这样，墓志铭已经提前写就。
失败已经注定但追求的脚步并没有停下，内心的不屈渐渐已成为一种信念，成为自己人生的支撑。
孤独人生里，无尽天涯路，始终不放弃自己的努力，自己的路走成了自己，这或许也是值得自己自豪的吗?
或许也不敢这样说，因为现实是残酷的，生存是艰难的，我们身上的力量也是有限的，不会无止境的挥洒下去，总有油灯熬过的一天。
唯一能告慰自己的就是没有放弃自己，一直以来坚守了自己，哪怕是一个晦暗的失败的自己。
努力可以，但已看不到成功的希望了，内心的欲望也在渐渐变得虚无。
在平凡的生活中，走完自己平凡的一生，风雨中，小草也可以纪念自己，因为你曾经为自己的生命不屈歌吟过，你也为自己的人生努力拼搏过，在你的身上留有伤痛的记忆和烙印，在你的眼神里有沉郁和悲伤，在你的心志里还有不屈的火种，自己的生命随时准备为它点燃。
精神越孤寂，就越需要支撑，需要理想、热情、力量和信念的支持。
别无选择，既然生活这样选择了你，你也只能成就这样的自己。
别无退路，只有坚持往前走，哪怕是把失败当作一条人生的出路。
有的时候，失败也是一种力量，激发人斗志的力量，你要向上拼搏才有希望，才有前途。
为自己的梦想而奋斗
年轻人总是会有各种各样的想法，青春的誓言总是会挂在嘴边。
不管是在哪里都能够体现出我们年轻人的朝气，而大学是一个年轻人最聚集的地方。
这里面发生的事情会更多，而里面的想法会更加的丰富。
来到大学，我们总是会有太多的想法，每天都是在匆匆忙忙中度过。
看起来是那样的忙碌，可是当自己静下来的时候，却会发现自己也不知道在忙一些什么。
自己都找不到自己的方向感。
当这个时候来临，就会出现各种各样的形式，来表达自己这个时期的不一样了。
因为是年轻人，所以一些怪异的想法和生活方式会出现。
有的人开始成天的打游戏了，有的人开始不上课而去买东西了，有的人开始整各种社团而旷课了。
没有几个人能真正明白自己成天都做了一些什么，只知道青春保贵，不能浪费，可是却不知道怎么样真正的珍惜。
适应社会这个话题，在大学里被提得很前，大家都在忙着自己去适应这个社会，忙得都没有时间来思考自己为什么要这样做了。
只是大学里的一阵风，大家就跟上去了。
可是慢慢地大家就会发现，这个所谓的适应社会，为自己工作打下基础的口号，其实只不过是一个空气。
大学里的那些设施只不过是一种摆设，天天就是在那里浪费时间，真正学到的东西没有。
越来越迷茫的我们，找不到方向在哪里，没有谁能够真正清楚的告诉我们应该怎么样做。
而我们只能是天天的在浪费时间，消耗自己的青春。
心里也会很为好受，可是也没有别的办法。
大学里的四年时间这么长，也只能这样过，才能让自己有点依靠吧。
面对考试，面对学习，越来越多的假东西出现了。
大家都变得不再爱学习，不再看书了。
成天像一只苍蝇一样，到处的飞。
而没有花点点的时间来想想，我们的路在何方,
沉静了一个寒假，在校园里冰冻了一个假期，一直在苦苦找寻着自己的方向。
或许是老天有眼，或许是虎年吉祥，这个方向在自己脑海里越来越清晰了。
那就是为自己的梦想而奋斗～
给自己的人生设立一个目标，给自己未来一个明确的希望，给自己的生活一个方向灯。
让我们为着这个方向而努力，不断去超越自己，提高自己的水平，不让自己有懈怠的时候。
越来越感觉，年轻人有目标，有理想，有梦想的重要性了。
这是他们前进的动力，这是他们行动的方向，这是他们人生奋斗的灯塔。
唯有这样，我们的青春才能不老不死不休。
年轻人，大家都起来吧～为自己的梦想而奋斗吧～
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