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簡述斜坡補償

  采用峰值電流控制的變換器相對于電壓控制模式具有更佳的動態特性,但是當其工作在CCM模式下且占空比大于50%時會出現開環不穩定(次諧波震蕩)現象,產生機理可從兩方面分析:

一、通過過程分析

資料中的常見解釋,當占空比<0.5擾動逐漸收斂,當占空比>0.5擾動逐漸發散。

                圖1-1 通過趨勢分析次諧波震蕩

  二、通過結果分析

  次諧波震蕩也是一種穩態滿足伏秒平衡,所以可以利用最終的穩態結果進行分析。

                圖1-2 穩態下的次諧波震蕩電流波形

  上圖展示了次諧波震蕩下的穩態波形既連續兩周期滿足伏秒平衡,有兩個問題需要說明一下:

  • 為什么不會發生多個周期的次諧波震蕩?

  一般電流檢測電路要有加消隱電路(RC低通)順便濾掉了高次諧波所以只剩連續兩周期的次諧波震蕩(既大小波)。

  • 為何占空比<0.5時不會發生次諧波震蕩?

  因為占空比小于0.5的次諧波震蕩在實際電路中不具備發生條件,見下圖:

                                     圖1-3 真、假次諧波震蕩

  上圖(b)其峰值分別由最大占空Dmax和Vcont控制而圖(a)中矮、窄峰是不成立的所以次諧波震蕩也是不成立。

  通過兩周期伏秒平衡公式可以得出大小波的占空比關系:D1+D2=2*Dnorm。

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2021-01-14 22:56

  弄清機理之后就可以開始尋找解決方案,要解決的是一個占空比不能大于0.5而又需要大于0.5的矛盾問題(例如電流模式寬輸入應用)。

解決方案以下圖為示例:

 

                           1-4 斜坡補償原理

  上圖1-4中紅色為電流波形,正常情況下是要發生次諧波震蕩的,如果增加一個斜坡(藍色虛線)使原來的上升斜率從m1變為m1+m下降斜率從m2變為m2-mm1+mm2-m(變化后的綠色虛線),從控制器的角度看占空比是小于等于0.5的就避免了發生次諧波震蕩。(其中m1、m2m都取正數)

補償斜坡也可以加在Vcont信號上效果相同,見下圖。

 

                   1-5 補償斜坡加在Vcont信號上

至此我們得到了最小斜坡補償參數m≥(m2-m1/2,而最大斜坡補償參數為mm2。

 

                           1-6 最小、最大斜坡補償波形

  通過歸一化處理并繪制出反激電路最大、最小斜坡補償參數與最大占空比的關系如下圖:

 

                 1-7 反激電路歸一化的斜坡與最大占空比關系

斜坡補償雖然能夠解決CCM峰值電流模式的次諧波震蕩問題,但也會帶來不利因素使電路特性趨向于電壓控制模式。

 

                         1-8 過補償

1-8顯示的是過補償波形已經近似于電壓控制模式這就失去了原電流控制模式的優勢,所以補償應適度。

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令義
LV.5
3
2021-01-15 13:31
@boy59
 弄清機理之后就可以開始尋找解決方案,要解決的是一個占空比不能大于0.5而又需要大于0.5的矛盾問題(例如電流模式寬輸入應用)。解決方案以下圖為示例:[圖片]                            圖1-4斜坡補償原理  上圖1-4中紅色為電流波形,正常情況下是要發生次諧波震蕩的,如果增加一個斜坡(藍色虛線)使原來的上升斜率從m1變為m1+m下降斜率從m2變為m2-m且m1+m≥m2-m(變化后的綠色虛線),從控制器的角度看占空比是小于等于0.5的就避免了發生次諧波震蕩。(其中m1、m2、m都取正數)補償斜坡也可以加在Vcont信號上效果相同,見下圖。[圖片]                    圖1-5補償斜坡加在Vcont信號上至此我們得到了最小斜坡補償參數m≥(m2-m1)/2,而最大斜坡補償參數為m≤m2。[圖片]                            圖1-6最小、最大斜坡補償波形  通過歸一化處理并繪制出反激電路最大、最小斜坡補償參數與最大占空比的關系如下圖:[圖片]                  圖1-7反激電路歸一化的斜坡與最大占空比關系斜坡補償雖然能夠解決CCM峰值電流模式的次諧波震蕩問題,但也會帶來不利因素使電路特性趨向于電壓控制模式。[圖片]                          圖1-8過補償圖1-8顯示的是過補償波形已經近似于電壓控制模式這就失去了原電流控制模式的優勢,所以補償應適度。
  這是我看到的關于斜坡補償的最詳細的分析了。謝謝!
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2021-01-15 20:24
@令義
[圖片] 這是我看到的關于斜坡補償的最詳細的分析了。謝謝![圖片]
過獎了
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2021-01-17 13:38
@boy59
 弄清機理之后就可以開始尋找解決方案,要解決的是一個占空比不能大于0.5而又需要大于0.5的矛盾問題(例如電流模式寬輸入應用)。解決方案以下圖為示例:[圖片]                            圖1-4斜坡補償原理  上圖1-4中紅色為電流波形,正常情況下是要發生次諧波震蕩的,如果增加一個斜坡(藍色虛線)使原來的上升斜率從m1變為m1+m下降斜率從m2變為m2-m且m1+m≥m2-m(變化后的綠色虛線),從控制器的角度看占空比是小于等于0.5的就避免了發生次諧波震蕩。(其中m1、m2、m都取正數)補償斜坡也可以加在Vcont信號上效果相同,見下圖。[圖片]                    圖1-5補償斜坡加在Vcont信號上至此我們得到了最小斜坡補償參數m≥(m2-m1)/2,而最大斜坡補償參數為m≤m2。[圖片]                            圖1-6最小、最大斜坡補償波形  通過歸一化處理并繪制出反激電路最大、最小斜坡補償參數與最大占空比的關系如下圖:[圖片]                  圖1-7反激電路歸一化的斜坡與最大占空比關系斜坡補償雖然能夠解決CCM峰值電流模式的次諧波震蕩問題,但也會帶來不利因素使電路特性趨向于電壓控制模式。[圖片]                          圖1-8過補償圖1-8顯示的是過補償波形已經近似于電壓控制模式這就失去了原電流控制模式的優勢,所以補償應適度。
學習了,很通俗易懂,感謝分享!
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2021-01-17 22:24
@hunter4051
學習了,很通俗易懂,感謝分享!

謝謝肯定!

這斜坡明明放在下面去解釋很容易懂,不知為何看過的資料都是放在上面去解釋。

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2021-02-26 23:59
@boy59
 弄清機理之后就可以開始尋找解決方案,要解決的是一個占空比不能大于0.5而又需要大于0.5的矛盾問題(例如電流模式寬輸入應用)。解決方案以下圖為示例:[圖片]                            圖1-4斜坡補償原理  上圖1-4中紅色為電流波形,正常情況下是要發生次諧波震蕩的,如果增加一個斜坡(藍色虛線)使原來的上升斜率從m1變為m1+m下降斜率從m2變為m2-m且m1+m≥m2-m(變化后的綠色虛線),從控制器的角度看占空比是小于等于0.5的就避免了發生次諧波震蕩。(其中m1、m2、m都取正數)補償斜坡也可以加在Vcont信號上效果相同,見下圖。[圖片]                    圖1-5補償斜坡加在Vcont信號上至此我們得到了最小斜坡補償參數m≥(m2-m1)/2,而最大斜坡補償參數為m≤m2。[圖片]                            圖1-6最小、最大斜坡補償波形  通過歸一化處理并繪制出反激電路最大、最小斜坡補償參數與最大占空比的關系如下圖:[圖片]                  圖1-7反激電路歸一化的斜坡與最大占空比關系斜坡補償雖然能夠解決CCM峰值電流模式的次諧波震蕩問題,但也會帶來不利因素使電路特性趨向于電壓控制模式。[圖片]                          圖1-8過補償圖1-8顯示的是過補償波形已經近似于電壓控制模式這就失去了原電流控制模式的優勢,所以補償應適度。
感謝版主分享,反激斜坡補償和占空比推到怎么得到了,能分享下推到過程嗎,非常感謝!
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2021-02-27 10:56
@mf2605021898
感謝版主分享[圖片],反激斜坡補償和占空比推到怎么得到了,能分享下推到過程嗎,非常感謝!

利用最大、最小斜坡關系式再把占空比引入就可以。

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2021-02-27 12:13
@boy59
[圖片]利用最大、最小斜坡關系式再把占空比引入就可以。
非常感謝,上面歸一化公式是什么量了。
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2021-02-28 09:37
@mf2605021898
非常感謝,上面歸一化公式是什么量了。[圖片]

默認斜坡是指電流斜坡,需要通過采樣Rs轉換為電壓信號,再引入周期T將斜率(dv/dt≈V/T)轉換為電壓幅值(是個人喜好)。

不同的參數補償結果不一樣,歸一化處理就是想讓結果統一,實際設計中不需要歸一化考慮或者將Vin*Rs*T/Lm作為系數乘到歸一化公式中。

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2021-02-28 11:16
@boy59
默認斜坡是指電流斜坡,需要通過采樣Rs轉換為電壓信號,再引入周期T將斜率(dv/dt≈V/T)轉換為電壓幅值(是個人喜好)。不同的參數補償結果不一樣,歸一化處理就是想讓結果統一,實際設計中不需要歸一化考慮或者將Vin*Rs*T/Lm作為系數乘到歸一化公式中。
感謝
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2021-03-01 08:49
@mf2605021898
[圖片]感謝
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#回復內容已被刪除#
13
SUNNY34373
LV.1
14
2021-05-12 13:43

感謝版主分享。有一點一直不明白:在反激中m2斜率應該怎么表示。

在MOS關斷時,Lp上電壓等于反射電壓Vout×Nps,且MOS關斷后Lp上實際無電流。

版主用Vout/Lm,這個怎么理解。

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2021-05-12 15:28
@SUNNY34373
感謝版主分享。有一點一直不明白:在反激中m2斜率應該怎么表示。在MOS關斷時,Lp上電壓等于反射電壓Vout×Nps,且MOS關斷后Lp上實際無電流。版主用Vout/Lm,這個怎么理解。

如果是反激要用Vor/Lm,Vor=(Vout+Vd)*N。

因為斜坡補償可以用于任何峰值電流控制的拓撲,比如正激、buck-boost電路等,所以并未特別以反激舉例。

MOS關斷后電感上依然有電流(MOS管無電流、輸入無電流),功率就是在Toff這段時期傳遞到負載的(反激)。

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2022-08-29 10:04

請問這個斜坡和采樣的波形疊加后不是把過流保護觸發點都抬高了嗎?還是說兩個波形疊加是抵消了一部分?

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dy-kJMVjMr8
LV.1
17
2024-03-18 08:47

請問一下樓主,這個算是斜坡補償不(新手小白),怎么算這RSS和CSS呢,或者說刪掉行不行,我想用這個圖做個東西不知道可不可行

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Daveone
LV.1
18
2024-03-19 12:50

有沒有辦法把峰值電流比較變成在紋波電流中點的比較,這樣就是峰值電流模式下的平均電流模式了

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2024-03-19 22:09
@dy-kJMVjMr8
[圖片]請問一下樓主,這個算是斜坡補償不(新手小白),怎么算這RSS和CSS呢,或者說刪掉行不行,我想用這個圖做個東西不知道可不可行

斜坡補償在四腳RT/CT上產生并通過三極管、Cramp、Rramp疊加到3腳ISENSE上。

Css和Rss實現軟啟功能,計算公式大致如下:

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2024-03-19 22:20
@Daveone
有沒有辦法把峰值電流比較變成在紋波電流中點的比較,這樣就是峰值電流模式下的平均電流模式了

是可以實現的,需要引入輸出電壓信息實現可調斜坡及加入平均值補償,效果能與平均電流模式一樣又兼顧峰值電流的單周期保護功能。(最終效果通過輸入擾動可以驗證)

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Daveone
LV.1
21
2024-03-20 16:19
@boy59
是可以實現的,需要引入輸出電壓信息實現可調斜坡及加入平均值補償,效果能與平均電流模式一樣又兼顧峰值電流的單周期保護功能。(最終效果通過輸入擾動可以驗證)

電感電流下降斜率等于Vo/L  通過每個開關周期采樣輸出電壓讓補償斜率等于下降斜率的一半就可以了是吧

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2024-03-23 11:27
@Daveone
電感電流下降斜率等于Vo/L 通過每個開關周期采樣輸出電壓讓補償斜率等于下降斜率的一半就可以了是吧

是的 差不多就是這樣子。

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dy-4kCaytHN
LV.1
23
2024-04-23 17:55
@dy-kJMVjMr8
[圖片]請問一下樓主,這個算是斜坡補償不(新手小白),怎么算這RSS和CSS呢,或者說刪掉行不行,我想用這個圖做個東西不知道可不可行

這個是緩啟吧

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chhe008
LV.4
24
2024-04-23 21:24

  這是我在電源網看到的關于斜坡補償的最詳細的分析了。謝謝!

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Powermore
LV.1
25
04-11 15:35
@boy59
 弄清機理之后就可以開始尋找解決方案,要解決的是一個占空比不能大于0.5而又需要大于0.5的矛盾問題(例如電流模式寬輸入應用)。解決方案以下圖為示例:[圖片]                            圖1-4斜坡補償原理  上圖1-4中紅色為電流波形,正常情況下是要發生次諧波震蕩的,如果增加一個斜坡(藍色虛線)使原來的上升斜率從m1變為m1+m下降斜率從m2變為m2-m且m1+m≥m2-m(變化后的綠色虛線),從控制器的角度看占空比是小于等于0.5的就避免了發生次諧波震蕩。(其中m1、m2、m都取正數)補償斜坡也可以加在Vcont信號上效果相同,見下圖。[圖片]                    圖1-5補償斜坡加在Vcont信號上至此我們得到了最小斜坡補償參數m≥(m2-m1)/2,而最大斜坡補償參數為m≤m2。[圖片]                            圖1-6最小、最大斜坡補償波形  通過歸一化處理并繪制出反激電路最大、最小斜坡補償參數與最大占空比的關系如下圖:[圖片]                  圖1-7反激電路歸一化的斜坡與最大占空比關系斜坡補償雖然能夠解決CCM峰值電流模式的次諧波震蕩問題,但也會帶來不利因素使電路特性趨向于電壓控制模式。[圖片]                          圖1-8過補償圖1-8顯示的是過補償波形已經近似于電壓控制模式這就失去了原電流控制模式的優勢,所以補償應適度。

為什么我覺得是m1-m≥m2+m

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