前文《簡述斜坡補(bǔ)償》中已簡單介紹了斜坡補(bǔ)償原理,這里以UC3842芯片為例分析一下如何在實(shí)際電路運(yùn)用斜坡補(bǔ)償。
從原理到實(shí)際需要增加兩步操作:
- 1、要產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償斜坡
- 2、對(duì)電流、電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換
產(chǎn)生斜坡的方法可以通過PWM信號(hào)或者直接利用Rt、Ct震蕩電路產(chǎn)生的三角波信號(hào)。
圖1 兩種斜坡產(chǎn)生電路
上圖(a)從RtCt震蕩電路出來的三角波經(jīng)過一個(gè)三極管隔離,可以避免震蕩頻率受后級(jí)電路影響,上圖(b)利用PWM信號(hào)產(chǎn)生三角波不會(huì)影響震蕩電路,不過PWM信號(hào)的輸出幅值不如參考電壓Vref穩(wěn)定。
在另一篇文章《UC3842頻率設(shè)計(jì)》里有分析過Rt、Ct震蕩電路原理及波形規(guī)律這里就不展開分析,
圖2 RtCt震蕩電路原理圖及波形
震蕩波是由RC充電及恒流放電兩部分組成,因?yàn)樵诤懔鞣烹娡瑫r(shí)Rt電阻仍然會(huì)充電所以波形會(huì)受到電阻Rt的影響,如上圖2右側(cè)波形所示同樣的100kHz震蕩頻率,電阻Rt取值越小對(duì)應(yīng)的斜坡(RC充電)斜率越大。
RC充電這一段(上升曲線)是PWM有效輸出區(qū)域也決定了最大占空比Dmax,這里的Dmax只與電阻Rt有關(guān),見下圖:
圖3 電阻Rt與最大占空的關(guān)系
RtCt震蕩幅值恒等于滯回比較器的上下限之差△V=2.7-1=1.7V,再參考電阻Rt找出最大占空比則補(bǔ)償斜坡的斜率為1.7V/Ton.Max
涉及到最大Dmax 順便提一下次諧波震蕩的危害,如果逐漸取消最大Dmax限制,見下圖
圖4 次諧波震蕩等效降頻
最嚴(yán)重的次諧波震蕩相當(dāng)于開關(guān)頻率降一半,帶來的危害是紋波變大輸出功率降低。
接下來需要解決電流、電壓的轉(zhuǎn)換問題。 斜坡一般指的是電流信號(hào)而控制器處理的是電壓信號(hào)所以需要通過采樣電阻Rcs(或其它方法)將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。當(dāng)電阻Rcs不同時(shí)斜率也會(huì)發(fā)生變化并且還要兼顧功耗及OCP(過流保護(hù)),所以一般會(huì)引入電阻Rramp用來調(diào)節(jié)補(bǔ)償斜坡。
以參考手冊(cè)電路為例:
圖5 參考電路
參考電路中跟斜坡補(bǔ)償有關(guān)的有三點(diǎn):
1、震蕩波形
圖6 RtCt震蕩波形
參考電路給出的參數(shù)震蕩電路占空比接近1震蕩周期為8.733uS,可得斜率約等于1.7V/8.523uS。
2、消隱電路
用來消除由變壓器等的寄生電容及輸出二極管反向恢復(fù)等造成的電流前沿尖峰問題,
圖7 消隱電路
一般將消隱電路的RC截止頻率設(shè)計(jì)為開關(guān)頻率的3倍以上(盡量降低對(duì)電流波形的影響)。
3、隔直電容
RtCt震蕩波疊加到采樣電流上后會(huì)抬升采樣電流導(dǎo)致OCP提前觸發(fā),增加一個(gè)隔直電容Cramp可以解決這一問題。
圖8 隔直電容的效果對(duì)比
根據(jù)參考資料中的參數(shù)計(jì)算如下:
m1=Vin*Rcs/Lm=75*0.75/1.5*1000=3.75*10000
m2=Vor*Rcs/Lm=127*0.75/1.5*1000=6.35*10000
m=(m2-m1)/2=1.3*10000
Vosc=1.7/8.523*106=1.995*100000
Vosc/m=Rramp/Rcsf=15.343
Vosc/m2=Rramp/Rcsf=3.141
可知斜坡調(diào)節(jié)用的電阻Rramp與消隱電阻Rcsf之比在3.14~15.3之間,下面驗(yàn)證一下計(jì)算結(jié)果。
圖9 最小斜坡補(bǔ)償仿真驗(yàn)證
上圖9仿真結(jié)果顯示當(dāng)兩電阻比值>15.2時(shí)發(fā)生次諧波震蕩與計(jì)算結(jié)果非常接近。
參考電路中給的參數(shù)Rramp/Rcsf =24.9/4.2=6:1可見參考資料取的是折中值。