开关电源控制方式与次谐波振荡解决方法

开关电源控制方式与次谐波振荡解决方法

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/xzx789xzx/article/details/129219333

开关电源是现代电子设备中不可或缺的电源转换装置，其控制方式直接影响到系统的稳定性和效率。本文将介绍开关电源的两种主要控制模式及其特点，并重点讨论次谐波振荡问题及其解决方案。

开关电源的两种控制模式

电压模式控制

电压模式控制是最基本的控制方式，其特点是只存在一条电压反馈通路。脉宽调制（PWM）是通过将电压误差信号与一个恒定斜坡波形进行比较来完成的。

优点：

• 采用单个反馈环路，设计和分析相对简单

缺点：

• 输入电压或负载变化时，必须先通过输出电压的变化，再通过反馈环路进行校正，导致响应速度较慢
• 输出滤波器引入两个极点，需要在补偿误差放大器时将主导极点低频衰减，或在补偿中增加一个零点
• 环路增益随输入电压的变化而变化，使得补偿复杂化

电流模式控制

电流模式控制是一种更先进的控制方式，它将振荡器作为时钟信号，并用一个从电感电流得到的信号替代斜波信号。

优点：

• 由于电感电流是以一个Vin-Vo/L的斜波，因此对输入电压的变化能快速响应（动态响应快）
• 误差放大器用于控制输出电流而非电压，降低了输出电感器的影响
• 滤波器此时给反馈环路提供单个极点，简化了补偿
• 获得较高的增益带宽
• 易于实现均流

缺点：

• 存在两个环路，增加了分析难度
• 占空比大于0.5时控制环路变得不稳定，需要采取斜波补偿
• 功率电感的噪声容易引入控制环路
• 负载调整率变差

次谐波振荡问题

次谐波振荡是电流模式控制中常见的问题，其产生的条件包括：

• 采用电流模式控制
• 占空比大于50%

振荡周期为开关周期的2倍，即振荡频率为开关频率的1/2，这就是次谐波振荡名称的由来。

消除次谐波振荡的方法

采用锯齿波电流补偿法可以有效消除次谐波振荡。这种方法将锯齿波补偿信号叠加在电感电流信号上，从而使VC信号从恒定信号变为脉动斜坡信号。这个过程通常被称为斜坡补偿技术。

对于不同类型的转换器，斜坡补偿的具体实现有所不同：

• 对于Buck和Flyback转换器，补偿斜坡一般取峰值电流下降斜率m2，即Vout/L。由于输出电压恒定，所以补偿值便于计算并保持恒定。
• 对于Boost电路，补偿斜坡也一般取峰值电流下降斜率m2，即(Vout-Vin)/L。但由于输入电压随电网变化，需要补偿值跟随输入电压的变化。如果为了简化电路设计而强迫斜坡斜率固定，可能会出现过补偿或欠补偿现象，从而降低电路性能并导致波形畸变。