峰值电流控制模式中斜坡补偿的分析

匡亘垂霾圉受雯羹亘亘竭控制系统文章编号：ｌ伽昏＿０５７０（２∞８）眇一ｌ枷４９—０２峰值电流控制模式中斜坡补偿的分析ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＤｅｓｉｇｎ０ｆＳ１０ｐＣ０ｍｐｅｎｓａｔｊｏｎｉｎｔｈｅＰｅａｋＣｕｒｒｅｎｔＣ０ｎｔｒｏｌ（西安电子科技大学）刘成吴玉广ＬＩＩＪＣｈｅｎｇＷＵＹｕ－ｇｕａｎｇ摘要：本文介绍了电流控制型开关电源中峰值电流控制模式的原理及优点，指出了功率管的占空比大于５０％时必须进行斜坡补偿，否则电路不能稳定工作。分析了斜坡补偿的基本原理和设计问题，给出了补偿电路。关键词：峰值电流控制模式；误差电压；采样电压；斜坡补偿中图分类号：１’Ｎ４０３文献标识码：ＢＡｈ内阻ｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｌｌｅｍｅｒｉｔｏｆｔｈｅｐｅａｋｃｕｎ．ｅｎｔｃ佣ｔｍＩｉｎｔｈｅｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｃｕｒｍｎｔ—ｍｏｄｅ鲋ｄｔｃｈｉｎｇ托争ｕ１砒ｏｒａｎｄｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈａｔｉｔｎｅｅｄｓｌｏｐｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｗｈｅｎｔｈｅ０ｆｔｌｌｅＭＯＳＦＥＴｅｘｃｅｅｄ５０％，ｏｔｈｅｒ而ｓｅｔｈｅｃｉｒｃｕｔｅｃａｎ’ｔｗｏｒｋｓｔｅａｄｉｌｙ．Ｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｑｕｅｓｔｉｏｎｏｆｓｌｏｐｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｒｅ锄ａｌｙｓｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｔｅｉｓｇｉＶｅｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅａｌ【ｃｍ’聆ｎｔ∞ｎｔｒｏｌ；ｅｍ璐ＶｏＩｔａ龄；辩璐ｅＶｏＩｔａｇ鹤；蚰ｏｐ∞ｍ雕ｍ翰６蛐开关功率电路的控制模式可分为电流模式控制和电压模周期时钟信号到来，功率管重新导通后电感电流才会增加。而式控制。电流模式控制因动态反应快、补偿电路简化、增益带宽在本周期内，功率管断开时刻的电流瞬时值即为电感电流峰大、输出电感小、易于均流等优点而被广泛应用。电流模式控制值。考虑到Ｖｓ＝ｉＬＲｓＡｓ（ｉＬ为电感电流，Ｒｓ为采样电阻。Ａｓ为又分为峰值电流控制和平均电流控制。当采用峰值电流控制模电流检测放大器的闭环增益），可以得出结论：在每个周期，式并且占空比大于５０％时．必须对电路进行斜坡补偿。斜坡补由电压控制环输出控制电压ｖｅ．它为本周期的电感电流瞬偿能增加电路稳定性、使电感电流平均值不随占空比变化，并时值设定了的最大值ｖｅ，ＲｓＡｓ．故称为电感电流峰值控制模减小峰值和平均值的误差．还能抑制次谐波振荡和振铃电感电式。当占空比大于５０％时。为了电路稳定，必须对电路进行斜流。在开关功率电路中，斜坡补偿是不可或缺的模块，有着极其坡补偿。斜坡补偿可以对误差电压ｖｅ进行补偿。也可以对电重要的作用。本文主要介绍了峰值电流控制模式的原理，分析流采样信号Ｖｓ进行补偿。了斜坡补偿的原理及方法．并给出了补偿斜坡的产生电路。２误差电压Ｖｅ处的斜坡补偿峰值电流控制模式原理图２占空比小于５０％夔厂］厂］厂］Ｉ图３占空比大于５０％设△Ｉｎ为第ｎ次开通前电流扰动信号。ｍ．和ｍ：分别为电流上升和下降率，实线为稳定情况，虚线为加入扰动后的情况。图２为占空比小于５０％，即肌．大于—％时在扰动信号△Ｉｎ作用图ｌＢｕｃＫ电路的峰值电流控制原理图下的波形，图３为占空比大于５０％，即所－小于一％的波形。可以上图是简单的ＢｕｃＫ电路的峰值电流控制原理。南误差放推出：大器对基准电压Ｖｒｅｆ和输出电压分量ｖｏ（Ｒ３“Ｒ３＋Ｒ２））之间的第ｎ＋１个开关周期电流扰动量为△Ｉｎ＋１＝一△ＩＩｌ二翌，差值进行放大，得到控制电压信号ｖｅ。由于在一个开关周期时间内，负载电压的变化量很小．可近似认为在同一个开关周期第ｎ＋２个开关周期电流扰动量为△Ｉｎ＋ｌ＝一△ｌｎＩ三｝ｌ时间内Ｖｅ值不变，送入ＰｗＭ比较器的负向端。电流采样放大器把采样电阻上的电流转换为电压并放大，得到电流采样信号从图２、图３即以上推论可以很明显的看出．当Ｄ＞０．５时，Ｖｓ，送人ＰＷＭ比较器的正向端。当电感电流上升到满足条件即一ｍ２＞ｍ１时，扰动会在随后的周期逐渐减小，系统趋于Ｖｓ≥Ｖｅ时，ＰｗＭ比较器输出高电平。功率管即被关断，于是电稳定。当Ｄ＞Ｏ．５时。即一ｍ２＞ｍ１时。扰动会在随后的周期感与Ｖｉｎ的连接被断开。电感电流随后就线性下降，直到下一加大，造成不稳定或性能下降。若在ｖｅ处加入斜坡补偿，如图４所示。刘成：硕士研究生（参＿自接＿邮局订阅号：８２—９４６３６０元，年一４９—万　方数据控制系统中文核心期刊Ｉ：微计算机信息）（测控自动化）２００８年第２４卷第９－１期④计算补偿斜坡的上升沿坡度：Ｖ。＝掣；｝卑（伏，秒）⑤应用叠加定理求斜坡补偿后电流输人端电压。如图１０所示：笋謦！ｈ！搀ｊ｝！Ⅱ犁查片电流输入端的电压为：阡＝鼍毪＋ｉ％⑤计算斜坡补偿值：％；者％＝吖詈蹙，其中Ｍ为补偿因子，一般取ｏ．７５～ｌ。埘蛳１。以ｋ（嚣］图４Ｖｅ处的斜坡补偿△ＩＩｌ＋２＝一△ｈＩＩ二竺ｚ＝苎ＩＬ埘ｌ一所Ｊ如果选择ｍ使＿；专ｉ“，那么在随后的周期电流扰动会逐渐减小到零。式焉等ｃｌ中，消去ｍｌ（利用一所：＞％）可得到。，ｏ．５。。在实际设计巾，斜坡补偿斜率通常取ｏ．７５％一鸭。如果选择朋＝历，，那么扰动信号在一个周期内就可以完成图７外接的ｖｅ处图８外接的Ｖｓ处校正。对于ＢｕｃＫ电路，补偿坡度是Ｖｏ几，由于输出电压恒定，的斜坡补偿电路所以补偿值便于计算并恒定：对于Ｂ００ＳＴ电路，补偿坡度是（～的斜坡补偿电路Ｖｉｎ—Ｖｏ）几，由于输入电压随电网变化，所以补偿值不恒定，这样对于同定补偿网络，很多时候会发生过补偿或补偿不足，降低了电路的性能并导致波形畸变．因此Ｂ００ｓＴ电路通常不采用峰值电流控制而采用平均电流控制的模式，来避免斜坡补偿。匿≮３采样电压ｖｓ处的斜坡补偿生。Ｉ’＞——ｂ—石比较－图９图８的改进电路图１０如果采用片内集成的话．振荡器中电容ＣＴ上的电压就是图５补偿前的Ｖｅ和Ｖ８斜坡信号，可用求和电路把斜坡电压和采样电压叠加得到补偿后的信号。当然电压求和不如电流求和简单，所以可采用一个ｖ—Ｉ电路把斜坡电压转换成斜坡电流。然后对斜坡电流信号１８ｌｏｐｅ和电感电流采样信号Ｉ舱ｎｓｅ求和，然后输入到一个Ｉ—Ｖ电路产生Ｖｓ，再和误差放大器的输出Ｖｅ进行比较。图６补偿后的ｖｅ和Ｖｓ电压Ｖｅ处的补偿是在ｖｅ信号上减去补偿信号，而Ｖｓ５结论处的补偿是在ｖｓ上叠加补偿信号。占空比大于５０％时，检对于目前广泛应用的峰值电流控制电路，采用斜坡补偿可测电阻Ｒｓ电流上升率平坦，稍有干扰，就将引起误触发。在以改善电路性能，增加电路稳定性，特别对占空比大于５０％的采样电压Ｖｓ处加一个补偿斜坡可大大提高其可靠性。以图电路，进行斜坡补偿是必要的。本文介绍了电流控制型开关电ｌ的原理图为例，图５为补偿前误差电压和采样电压。它的源中峰值电流控制模式的原理．分析了斜坡补偿的原理及方不稳定情形前面已经分析过。图６为补偿后的误差电压和法。并给出了补偿斜坡信号的产生方法。采样电压。这种补偿方法的结果与前一种是等效的。由于该本文作者创新点：系统深入的分析了峰值电流控制电路方法实现电路简单，较为常用。中的斜坡补偿原理及ｖｓ处的片外补偿电路，并对该电路进行４斜坡补偿的方法了改进。该斜率补偿电路对于各种采用峰值电流控制模式的电源变换器有着重要的实用价值。采用恒定电流充放电型振荡器可以获得固定频率、固定占参考文献空比的时钟脉冲信号和斜率恒定的斜坡电压信号。时钟脉冲信【１】赵良炳．现代电力电子技术基础【Ｍ】．北京清华大学出版社，号可以通过控制锁存器来设定变换器的工作频率和最大占空１９９５．比，而且可以使控制电路有效地实现电流模式的逐个脉冲控【２】王水平等．Ｄｃ，Ｄｃ变换器集成电路及应用【Ｍ】．西安西安电制。振荡器中电容ｃ上的电压即为斜坡信号，可以用来作为斜子科技大学出版社，２００５．坡补偿信号。斜坡补偿可用外接电路。也可用芯片内部的集成【３】张兰红，陈道炼．电流控制型脉宽调制器ｕｃ３８４２及其应用电路。图７为外接的ｖｅ处的斜坡补偿电路。图８为外接的ｖ８【Ｊ】．盐城工学院学报，２００２，１５（２）：５—７．处的斜坡补偿电路。图９为图８的改进电路，其中射极跟随器【４】汪岭，谢憬．电流模式ＰＷＭ升压变换器的斜率补偿电路的接入减小了晶振端输出阻抗。【Ｊ】．微计算机信息，２００７，６—２：２７７—２７８．对于图８或图９的补偿电路。斜坡补偿设计步骤如下：【５】杨汝．峰值电流控制模式中斜坡补偿电路的设计［Ｊ】．电力①计算电感电流的下降沿：ｍ：＝要＝华（安，秒）；电子技术，２００ｌ，３５（３）：３５—３８．②如果外围电路为隔离式．计算反应到初级的电感电流作者简介：刘成（１９７９一），男（汉族），西安电子科技大学电力下降沿ｍ：＝鲁（Ｎ为高频变压器的匝比）；电子与电力传动专业硕士研究生。研究方向为：模拟集成电③计算初级测得的下降沿坡度：Ｖ卅产ｍ：·Ｒｓ（伏，秒）；路设计。吓转第１３页）一５０—３６０元，年邮局订阅号：８２－９４６万　方数据匿亘垂塑雯受塑夔亘羽控制系统想在这种情况下就退出客户机程序，所以在客户机运行时忽略ｓＩＧＰＩＰＥ以避免这种情况发生。对于服务器而言。这种情况虽然不会终止它的运行，但是这会使碍服务器创建的子进程无法正常地终止．所以也同样忽略了ＳＩＧ－ＰＩＰＥ信号。通信端点实现Ｉ套是咂回忽略ｓＩＧＰＩＰＥＩ否客户端Ｃ回≤壹涉是圃５结束语数字化和多任务是电阻焊机发展的两个重要趋势。本文结合这种发展趋势提出了一种新颖的控制器设计方案．并将嵌入式系统应用于电阻焊机的多任务实现。在嵌入式平台上允许服务器在回一端ｕ蕈启将套接宁与服务器绑定设置端口为被动监听模式返回私有通信霉绥字实现了Ｐｃ机和电阻焊机的网络通信，测试结果表明在传输过程中数据交换速率高达６Ｍｂｙｔｅｓ／ｓ，准确性高、响应快，并可以实现远距离传输。这将对电阻焊机的发展具有一定的参考价值。本文作者创新点：提出了一种新的数字化电阻焊机控制器设计方案，将嵌入式系统应用于电阻焊机，并在此基础上实现了网络通信。根据目前国内市场需求和目前国外电阻焊机的市场价格，预计五年内的经济效益大约在５０００万元左右。参考文献【ｌ】ｌ￡越ｍＹａ曲啪Ｉｌｒ．Ｂｕｉｌｄｉｌｌｇ咖ｂｅｄｄｅｄｌｉｎ慨ｓｙｓｔｅｍ［Ｍ】，Ｔａｉ—图４服务器端程序流程图【２】ｌ（ａｙｗ柚，０’Ｒｅｉｌｌｙ否摭Ａ．Ｒｏｂｂ呱ＳｔｅｖｅｎＲ０ｂｂ抵ＵＮＩｘＳｙ８ｔｅｍｓ胁ｇｒａｍ—ｍｉｎｇ：Ｃｏ啪ｕｎｉｃａｌｉｏｎ，Ｃ∞ｃｕｒｒｅｎｃｙ蛐ｄ７Ｉｋａｄｓ．ＰｅａｒｓｏｎＥｄｕ—【３】刘庆华．一种日志式闪存文件系统的分析与改进．华中科Ｍｅｄｉａ，Ｉｎｃ，２００３．ｃａｔｉｏｎ．２００３技大学硕士论文．２００４【４】张斌，高波．ｕｎｕｘ网络编程．清华大学出版社，２０００，北京【５１张秀松，施金鸿．基于Ａ的ｌＲＭ９２００的嵌入式工业控制系统设计．微计算机信息．２００６．１—２：４５—０３作者简介：胡德庆，１９８３生，男，安徽安庆人，华南理工大学自动化科学与工程学院硕士研究生，主要研究领域为嵌入式系统；田联房，１９６８生，男，山东济宁人，华南理工大学教授，博士生导师，博士。主意研究方向：生物医学工程、机器人视觉伺服控制、嵌入式系统等。Ｂｉｏ矿ａｐｈｙ：ＨＵｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ０ｆＤｅ—ｑｉｎｇ，１９８３，ｍａｌｅ，Ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ毗ｃｏⅡｅｇｅｓｃｉｅｎｃｅ彻ｄＥｎ画ｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｆｈＡｒｅａ：ＥＨｌｂｅｄｅｄＣｈｉｎａＵｎｉＶｅｒ８时Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＲｅｓｅａｒｃｈＳｙｓｔｅｍ．（５１０６４０华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州）胡德庆图５客户机端程序流程图客户机在创建面向连接的套接字之后．向服务器发送连接请求。如果连接成功，通过此套接字与服务器进行通信。向服务器发送连接请求时需调用ｃｏｎｎｅｃｔ函数，它可能被信号中断。但我们不能通过将ｃｏｎｎｅｃｔ函数重启来解决问题。因为这时网络子系统已经初始化了ＴＣＰ的三次握手，这种情况下．连接请求的完成异步于程序的执行。我们的应用程序必须调用ｓｅｌｅｃｔ或ｐｏｌｌ函数来监测描述符是否已经准备好。客户机的程序流程图如图５所示。从图中我们可以看到，服务器和客户机在程序开始执（ＣｏＨｅｇｅ瓶ｄＥｎｇｉｍ地ｒｉｎｇ，ｓ０岫Ｃｍ船Ｕｎｉｖｅｒｓ蚵ｏｆＴ∞ｈｎｏｌｏ野，Ｇｕ粕弘ｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｍ）ｏｆＡｕｔｏ啪６蛐ｓｃｉｅｎ∞咖Ｄｅ—ｑｉＩｌｇ通讯地址：（５１０６４０广州市天河区五山路华南理工大学自动化科学与工程学院枷５级硕士ｌ班）胡德庆（收稿日期：２００８．０７．１３）（修稿日期：２００８．０８．２５）（上接第５０页）吴玉广（１９４７一），男（汉族），教授。研究方向：专用集成电路和功率集成电路设计。Ｂｉｏ蓼ａｐｈｙ：ＬＩＵＣｈｅｎｇ（１９７９一），ｍａｌｅ（Ｈ蚰ｎａｔｉｏｎａｌｉ动，Ｍ船ｔｅｒ舶ｍＳｃｈ００１ｏｆＭｉｃｍｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｏｆＸｉ’Ｄｉ蚰Ｕｎｉｖｅ瑙ｉｔｙ，ｍａｊｏｒｅｄｉｎ蛐ａ．１０９ｉｎｔｅｇｍｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｓ行时，都忽略了信号ｓＩＧＰ臃，这对于服务器和客户机各具意义。当客户机调用ｗｒｉｔｅ函数对一个没有被服务器进程打开的管道或套接字进行写操作时．ｗｒｉｔｅ除了返回一个错误之外，还会产生一个ｓＩＧＰＩＰＥ信号。和大多数信号一样，ｓＩＧＰｌＰＥ的默认动作就是终止这个进程。而我们不ｄｅｓｉｇｎ．通讯地址：（７１００７ｌ陕西西安西安电子科技大学微电子学院）刘成（收稿日期：２００８．０７．１３）（修稿日期：２００８．０８．２５）万方数据　（参＿寓控一邮局订阅号：８２羽６３６０元，年一１３一