升压型DC-DC变换器电流环路补偿设计

文章摘要： 摘要：针对固定频率峰值电流模式PWM升压型DC-DC变换器。给出了一种结构简单、易于集成的电流环路补偿电路的设计方法。该电路的斜坡产生电路可对片内振荡器充放电电容上的电压作V／I转换，其所得到的斜坡电流具有稳定、斜率易于调节等特点；而电流采样电路主体采用SENSEFET结合优化的缓冲级和V／I转换电路，从而在提高采样精度的同时，还减小了损耗。整个电路可采用0．6 μm 15 V BCD工艺实现。通过Cadence Spectre进行的仿真结果表明，该电路可有效地抑制亚谐波振荡，采样精度达到77．9％，补偿斜率精度达到81．5％。关键词：斜坡补偿；电流采样；电流模式；V／I转换O 引言

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  摘要：针对固定频率峰值电流模式PWM升压型DC-DC变换器。给出了一种结构简单、易于集成的电流环路补偿电路的设计方法。该电路的斜坡产生电路可对片内振荡器充放电电容上的电压作V／I转换，其所得到的斜坡电流具有稳定、斜率易于调节等特点；而电流采样电路主体采用SENSEFET结合优化的缓冲级和V／I转换电路，从而在提高采样精度的同时，还减小了损耗。整个电路可采用0．6 μm 15 V BCD工艺实现。通过Cadence Spectre进行的仿真结果表明，该电路可有效地抑制亚谐波振荡，采样精度达到77．9％，补偿斜率精度达到81．5％。
关键词：斜坡补偿；电流采样；电流模式；V／I转换

O 引言
    固定频率峰值电流模式PWM(Pulse WidthModulation) DC-DC变换器同传统的电压模式控制相比，具有瞬态响应好，输出精度高，带载能力强等优点，因而被广泛应用。作为重要的模拟单元，斜坡补偿电路和电流采样电路是电流模式PWM控制的根基，对电流模式控制中电流环路的稳定性起着重要作用。

1 电路结构
    图1所示是典型峰值电流模式PWM Boost DC-DC控制系统的结构框图。当电压外环的电压反馈信号经过误差放大器放大得到的误差信号VE送至PWM比较器后，将与电流内环的一个变化的、其峰值代表输出电感电流峰值的三角波或梯形尖角状合成波信号VE比较，从而得到PWM脉冲关断阈值。即：
   
    在(1)式中：第一项为斜坡补偿部分，用于保证电流环路的稳定；第二项反映了电感电流的大小，通常由电流采样电路产生；第三项用于产生一个固定的基础电平，以为PWM比较器输入端图1 典型峰值电流模式PWMBoostDC—DC控制系统框图提供一个合适的直流工作点。
    因此，峰值电流模式控制不是用电压误差信号直接控制PWM脉冲宽度，而是通过控制峰值输出端的电感电流大小，然后来间接地控制PWM脉冲宽度。

    但是，电流模式的结构决定了其应用时存在电流内环在占空比大于50％时的开环不稳定现象、亚谐波振荡、非理想的环路响应，以及容易受噪声影响等几个固有缺点。针对上述问题，在环路的补偿方式上，除了电压环路的RC串联补偿之外，还必须对电流环路进行补偿，以满足电流环路的稳定性要求。有效的解决方法是采用斜坡补偿技术，并在提高电流采样精度的同时降低采样损耗，以保证电流环路的稳定。

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2．2 电流采样原理与方法
    传统电流采样方法是在开关管的电流通路上串接检测电阻，这样不仅降低了DC-DC转换器的效率，而且对于传统工艺来说，制作这样的小电阻也很困难。为了弥补这些不足，本文在SENSEFET采样方法的基础上，加入了简洁的V／I变换电路，从而形成了一种结构简单且精度较高的采样电路，其电路主体如图l中的采样电路所示。其中MM为POWER FET，其宽长比设计的非常大，可以减小其导通阻抗(本电路的典型值为150 mΩ)；Ms为SENSE FET；检测电阻RSEN可利用工作在线性区MOS管的导通阻抗特性，使其宽长比与Ms相同，因此，导通阻抗与Ms的相等，记为RSEN。为了减小采样损耗，一般必须使(W／L)MM<<(W／L)Ms。
    设(W／L)Ms：(W／L)MM=n(n的取值一般不低于100)，开关管电流为IM，则有：

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