从本质来看,在以下两种情况:a. 转换器在连续导电模式(CCM)下工作;b. 占空比接近蚋哂?0%,峰值电流模式电源容易受到子谐波振荡的干扰。若发生这两种情况,额定开关频率减半时,转换器会产生振荡。可以通过快速建立图形的方法来描述干扰通过周期传播的方式。 干扰传播可以用一个简单的公式来说明,其中电感电流IL取决于步长 t=0 :IL(n)=IL(0) x [D/(1-D)]n (方程1)。在上述方程中,D代表占空比,n代表开关周期。可以看到,若[D / (1-D)]的商小于1 (D < 50%),那么n次幂后,干扰在几个周期之后自然就消失了。相反,如果D>50%,商将大于1,则干扰不会消失,反而从一个周期传到下一个周期:这就是子谐波振荡,它的严重程度取决于开关频率减半时的峰值。因此,干扰与其它调谐滤波器一样,与峰值相关。 图1 简单的RCD布局可以利用敏感的振荡器电路独立产生斜升波形 电流模式转换器实际上是一个有低频极点p和两个位于Fswitching/2极点的三阶转换器。这些极点随占空比和外部补偿斜升的变化而移动。此人工产生的斜升有助于稳定电源。这两个高频极点产生的Q值取决于此斜升以及占空比。无外部斜升(mc=1)时,Q值在D=0.5时趋于无穷大,在大于0.5的占空比状态下工作的CCM电流模式SMPS存在不稳定性。以下是该质量系数的定义: Q=(方程2),其中mc=1 + Se / Sn (方程3)。Se是外部斜升斜率(用于稳定转换器的补偿斜升),Sn是电感导通时间斜率,D’=1-D。对于设计人员,一旦用方程2确定系统的质量系数Q,就应该确定使这个值等于1的斜升补偿量:(方程4)。斜升可以从反馈信号中减去,或加到电感电流的电压镜像上。这是最简便的方法,因此广为使用。
无需使用振荡器 在UC384x设计中,一般通过连接在共集电极的双极型晶体管来缓存定时电容锯齿。但这种方法有以下几个缺点:a. 由于小电流循环对电容充电,所以Ct节点(引脚4)的阻抗较大,故不建议连接任何元件;b. Ct电压幅度变化约为1.6V。将双极型晶体管与电容电压串联,则可从1.6V幅度变化中减去0.65V的Vbe(Tj=25℃时)。也就是说,在高结温或低结温时,如果硅的斜率为-2.2mV/℃,则最终的斜升幅度会发生一定的变化,需要在某处进行补偿。 斜升波形的产生 控制器的振荡器部分位于电路内部,与它相关的信号均无法从外部存取。但是,当门极驱动处于高状态时,便可轻易地对电容充电,当MOSFET关闭时,立即对它放电。图1显示了用NCP1200门极驱动产生锯齿的方法:当门极为高状态时,电阻R对电容C充电;在关闭期间,则通过二极管D对它进行放电。 由于Rramp经过调整可满足要求,所以斜升的绝对幅度在此并不重要,计算RC元件值也较为简单。为避免增大功耗,应从驱动器吸收小电流,此时的R应为高值。若是这种情况,则可以将系统看作电流生成器。应用公式,计算出R和C。假设当60kHz的NC要的电容为: =833pF,或者采用归一化值820pF。通过快速的SPICE仿真,用4.5V的峰值斜升值或4.5 / 8.33= 540mV/s的扫描时间可以证实以上的假设。 注入补偿电平 根据方程4,假设需要的mc水平为2.2。通过方程3,可以计算出所需斜升的斜率:Se=(mc-1) x Sn(方程5)。假设反击中有一个在120V直流输入电压下工作的1mH初级电感Lp。检测单元为一个0.5电阻。反射到Rsense的初级Sn斜率则为:(120 / 1m)×0.5=60mV/s。因此,根据方程5,可以计算出:Se=(2.2-1)×60=72mV/s。与Sn(60mV/s)相比,比值M为72/60=1.2。最终的电阻值通过固定R2(如3.3k)进行计算。采用下列方程计算Rramp:Rramp=R2 x Sramp / (Sn×M)=3.3 x 0.54 / (0.060×1.2)=24.7k。注意:24.7k+3.3k共同载入了具有22k输出阻抗的斜升生成器 。因此,需调整原型以说明这个下降。P1200在50%占空比的状态下工作时,希望得到5V的斜升。选择500A充电电流。驱动门极电压为11V,所以电阻约为11V/500A=22k。充电电流为500A,那么在8.33s的时间内达到5V的斜升所需要的电容为: =833pF,或者采用归一化值820pF。通过快速的SPICE仿真,用4.5V的峰值斜升值或4.5 / 8.33= 540mV/s的扫描时间可以证实以上的假设。 注入补偿电平 根据方程4,假设需要的mc水平为2.2。通过方程3,可以计算出所需斜升的斜率:Se=(mc-1) x Sn(方程5)。假设反击中有一个在120V直流输入电压下工作的1mH初级电感Lp。检测单元为一个0.5电阻。反射到Rsense的初级Sn斜率则为:(120 / 1m)×0.5=60mV/s。因此,根据方程5,可以计算出:Se=(2.2-1)×60=72mV/s。与Sn(60mV/s)相比,比值M为72/60=1.2。最终的电阻值通过固定R2(如3.3k)进行计算。采用下列方程计算Rramp:Rramp=R2 x Sramp / (Sn×M)=3.3 x 0.54 / (0.060×1.2)=24.7k。注意:24.7k+3.3k共同载入了具有22k输出阻抗的斜升生成器 。因此,需调整原型以说明这个下降。
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