1.引言

開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關晶體管的導通和關斷的時間比率，維持輸出電壓穩定的一種電源，它和線性電源相比，具有效率高、功率密度高、可以實現和輸人電網的電氣隔離等優點，被譽為離效節能電源M目前開關電源已經應用到了各個領域，尤其在大功率應用的場合，開關電源具有明顯的優勢。

開關電源一般由脈沖寬度控制(PWM)IC、功率開關管、整流二極管和LC濾波電路構成。

在中小功率開關電源中，功率開關管可以集成在PWM控制IC內。開關電源按反饋方式分為電壓模式和電流模式。電流模式開關電源因其突出的優點而得到了快速的發展和廣泛的應用。但是電流模式的結構決定了它存在兩個缺點:恒定峰值電流而非恒定平均電流引起的系統開環不穩定:占空比大于50%時系統的開環不穩定。本文旨在從原理上分析傳統電流模式的缺陷及改進方案，之后分析一個實用的斜坡補償電路。

2.電流模式的原理分析開關電源可以有很多種結構，但原理基本相似。圖1是電流模式降壓斬波fg(Buck)開關電源的原理圖。

它和電壓模式的主要區別是增加了電流采樣電阻R3和電流放大器IA. R3的阻值一般很小，以避免大的功耗。功率管Ql在每個周期開始的時候開啟并維持一段時間Ton，通過濾波電感Lo對濾波電容C。充電、同時向負載提供電流，此時Lo上電流隨時間的變化率為πf?比較并放大，變為信號VEA；同時R3兩端的壓降經IA放大后變為信號VIA，當VIA高于VEA時，相關控制電路將控制功率管關斷，從而達到調節占空比的目的。通過實時地調節占空比，輸出電壓可以穩定在一個預先設定的值。上述工作過程的波形如圖2,實線表示連續工作模式，虛線表示不連續工作模式，其中Clock表示時鐘信號，VEA表示EA的輸出，VIA表示IA的輸出，IQ1是功率管的電流，ID1是二極管電流

電流模式由于采用了電壓一電流雙環控制顯著改善了開關電源的性能，主要表現在：① 根本消除了Push-pull開關電源存在的磁通量失恒問題磁通量失恒會減弱電感的承壓能力，導致功率管電流不斷增大并最終燒毀。電流模式在每個周期都限定功率管峰值電流，能徹底杜絕磁通量失恒.② 電壓調整率顯著減小。當輸人電壓波動時圖1中的電流檢測電阻R3會立即檢測到峰值電流的變化，快速調整占空比，使輸出電壓穩定③ 簡化了反饋電路的設計LC濾波電路在頻率達到共鳴頻率

3.電流模式的缺點

3.1恒定峰值電流引起的電感平均電流不恒定電流模式的實質是使電感平均電流跟隨誤差放大器輸出電壓VEA設定的值，即可用一個恒流源來代替電感，使整個系統由二階降為一階。但在常用的峰值電流模式中，不同的占空比會導致不同的電感平均電流。這可以由平均電流的計算式看出:

p是峰值電流，dl是峰值電流和最小值的差值，T是時鐘周期，ton和toff分別為功率管開啟時間和關斷時間如圖3所示，當由于某種原因使輸人電壓從Vdc1變化到Vdc2，電感電流的上升沿斜率將會變化（Vdc2-Vdc1）/Lo而下降沿斜率不變.占空比將從Dl變為D2，電感電流的平均值從Iav1變化到Iav2，這往往會導致輸出電壓在一段時間內振蕩

3.2 電感擾動電流引起的輸出振蕩在輸入電壓不變的條件下，當由于某種外部原因使電感上的電流在一個下降沿結束時發生小的擾動AI，因為電流的上升沿和下降沿的斜率以及峰值電流都不變，所以在下一個周期結束后，這個擾動電流將被放大為

4.斜坡補償的原理分析

前面分析的兩個不穩定情況實際上都是因為占空比改變引起了電感平均電流的變化，最終導致輸出電壓在一段時間內振蕩，尤其當占空比大于50%時更加嚴重。如果能使系統在占空比足夠大的時候才發生上述不穩定現象，就相當于解決了這兩個問題。設圖1中電阻R3上的壓降為Vs，可以嘗試在Vs上疊加一個斜率為m，且在時鐘周期起點處等于零的電壓，則經IA放大后相當于在信號VIA上疊加了一個斜率為Avm的電壓。再設電感上有擾動電流AI，經IA放大為AvAI。由圖5可以證明，經過一個周期后這個擾動電流的值變為

把m1D=m2（1-D）代入（3）式得

鉗位二極管DI、D2，分壓電阻網絡RI,R 2.R 3和R4共同決定了Q5, Q6和Q7的開啟點當一個時鐘周期開始時，Vdrv由低變高，Q1管導通，同時Vosc從最小值開始以一定的斜率上升Q4、Q5, Q6和Q7先后開啟，這四個晶體管集電極電流的總和被由Q2, Q3, R9. R10構成的比例電流鏡鏡像后輸出到Iout。設NPN晶體管的開啟閡值為VTn,D l和D2的正向導通壓降都為VD, Ql的C-E結壓降近似為零，則通過兩個二極管的電流為

b0、IQ50是Q6開啟時的二極管和Q5的電流，Ib1、IQ51、IQ60是Q7開啟時的二極管、Q5和Q6的電流。[page]Q2 的集電極電流為上述四個晶體管的集電極電流總和：

圖7是在選取了元件尺寸后計算機仿真波形。其中Vosc是理想化的鋸齒波，Iout是輸出的補償電流，IQ4、IQ5、IQ6、 IQ7分別是Q4, Q5, Q6和Q7的漏極電流，可以看到，為了在占空比小于50%的時候系統更加穩定，Q4在每個周期開始時就已經開啟，但是電流的斜率較小。隨著Vosc以恒定的斜率上升，將先后在t1, t2, t3時達到Q5, Q6和07的開啟點。設Q4, Q5, Q6, Q7開啟后的電流斜率分別為m4, m5, m6和m7，