基于斜率补偿法的峰值电流模式Buck电路次谐波振荡消除方法技术

基于斜率补偿法的峰值电流模式Buck电路次谐波振荡消除方法，涉及Buck电路次谐波振荡消除技术，为了解决当PWM控制器Uc3842的PWM占空比大于50％时，电流的扰动会引起稳态振荡的现象，破坏系统的稳定性的问题。PWM比较器的同向输入端输入参考电压信号，PWM比较器的反向输入端输入电流反馈信号，PWM比较器的反向输入端还输入用于对电流反馈信号的斜率进行补偿的正斜率的电压信号。本发明专利技术适用于消除Buck电路的次谐波振荡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及Buck电路次谐波振荡消除技术。
技术介绍
在家用电器及工业生产等场合，需要将工频交流电转换成直流电然后加以利用。非隔离式Buck电路作为DC-DC的基本拓扑，由于结构简单，成本低廉，在以上场合有着广泛的应用。采用峰值电流控制PWM模式。电流模式PWM控制器Uc3842包含两个反馈环：由接受输出电压采样信号的误差放大器构成的电压外环和一个由接收回路峰值电流采样信号的PWM比较器构成的电流内环。与电压模式不同的是，电流模式直接对输出电流峰值进行控制，具有响应快，防止偏磁导致磁饱和，补偿网络简单等优点。但峰值电流控制模式存在次谐波振荡的问题：峰值电流控制模式，在占空比大于50％时，电流出现扰动，会引起稳态振荡的现象。次谐波振荡会产生输出纹波，严重时会破坏系统的稳定性，必须通过某些手段阻止这些现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决当PWM控制器Uc3842的PWM占空比大于50％时，电流的扰动会引起稳态振荡的现象，破坏系统的稳定性的问题，从而提供基于斜率补偿法的峰值电流模式Buck电路次谐波振荡消除方法。本专利技术所述的基于斜率补偿法的峰值电流模式Buck电路次谐波振荡消除方法，Buck电路的PWM比较器的同向输入端输入参考电压信号，PWM比较器的反向输入端输入电流反馈信号，PWM比较器的反向输入端还输入用于对电流反馈信号的斜率进行补偿的正斜率的电压信号。优选的是，正斜率的电压信号采用如下装置产生，该装置包括：电阻RSENSE、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电解电容C1、电解电容C2和电解电容C3和三极管；电阻RSENSE的一端接地，电阻RSENSE的另一端与电阻R1的一端相连，电阻RSENSE和电阻R1的公共端作为正斜率的电压信号的输出端与PWM比较器的反向输入端相连，电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电解电容C2的正极和PWM控制器Uc3842的电流输入端口ISENSE相连，电解电容C2的负极接地，电阻R2的另一端和电解电容C1的负极相连，电解电容C1的正极、电阻R3的一端与三极管的发射极相连，电阻R3的另一端接地，三极管的基极与电解电容C3的正极和PWM控制器Uc3842的中位电位端口CT相连，电解电容C3的负极接地，三极管的集电极与PWM控制器Uc3842的电压输入端口VREF。优选的是，电阻R2的阻值R2为：R1为电阻R1的阻值，ΔVosc为osc点电压微分，VS(L)为SL点电压，M为斜率补偿系数。优选的是，M为0.75。本专利技术所述的基于斜率补偿法的峰值电流模式Buck电路次谐波振荡消除方法可以消除次谐波振荡，提高峰值电流模式Buck电路的稳定性。本专利技术适用于消除Buck电路的次谐波振荡。附图说明图1是具体实施方式二中的斜率补偿等效电路的结构示意图；图2是图1的等效电路；图3是具体实施方式二中的Buck电路示意图；图4是具体实施方式二中的小信号模型图。图5是具体实施方式二中的未斜率补偿得到的伯德图；图6是具体实施方式二中的斜率补偿后得到的伯德图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式所述的基于斜率补偿法的峰值电流模式Buck电路次谐波振荡消除方法，PWM比较器的同向输入端输入参考电压信号，Buck电路的PWM比较器的反向输入端输入电流反馈信号，PWM比较器的反向输入端还输入用于对电流反馈信号的斜率进行补偿的正斜率的电压信号。具体实施方式二：结合图1至图6具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的基于斜率补偿法的峰值电流模式Buck电路次谐波振荡消除方法作进一步说明，本实施方式中，正斜率的电压信号采用如下装置产生，该装置包括：电阻RSENSE、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电解电容C1、电解电容C2和电解电容C3和三极管；电阻RSENSE的一端接地，电阻RSENSE的另一端与电阻R1的一端相连，电阻RSENSE和电阻R1的公共端作为正斜率的电压信号的输出端与PWM比较器的反向输入端相连，电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电解电容C2的正极和PWM控制器Uc3842的电流输入端口ISENSE相连，电解电容C2的负极接地，电阻R2的另一端和电解电容C1的负极相连，电解电容C1的正极、电阻R3的一端与三极管的发射极相连，电阻R3的另一端接地，三极管的基极与电解电容C3的正极和PWM控制器Uc3842的中位电位端口CT相连，电解电容C3的负极接地，三极管的集电极与PWM控制器Uc3842的电压输入端口VREF。Buck电路采用PWM控制器Uc3842实现。将Mosfet与续流二极管用图示三端口器件代替，则Buck电路示意图如图3所示。DC为电源，a为有源端，p为无源端，c为公共端。建立的小信号模型如图4所示。设计PI控制器时，前向通道应为控制电压(误差电压)到输出电压的传递函数。由建立的小信号模型可知，控制电压(误差电压)到输出电压的传递函数为：为小信号输出电压，为小信号参考输入电压，Ts为采样周期，D’为占空比，L为电感，R为电阻，s为s域变换算子，ωp为极点角频率，其中，三极管2N222工作于放大状态，构成射极跟随器，用于提高斜率补偿电压信号的驱动能力，同时隔离斜率补偿单元对芯片的时钟发生影响。电阻R1、电解电容C2构成低通滤波器，叠加斜率补偿的等效电路如图2所示。SL’为电感电流上升的斜率，SOSC为芯片Uc3842时钟振荡器产生的锯齿波的上升斜率，VRAMP为斜波电压，VS(L)′为SL点电压导数。R2的值可通过以下方法计算得到：可得，上述推导中，R1和R2分别为R1和R2的阻值，M为斜率补偿系数，理想情况下，M＝0.5，即将峰值电流控制转化为平均电流控制，通常M取0.75。以工频下为车载铅酸蓄电池充电的Buck变换器为例，并依托所建立数学模型。系统输入为220VAC，频率50Hz。输出为110VDC，额定功率为1kw，PWM开关频率为80kHz。输出滤波电路中，电容为2200uF，电感为450uH。代入设计参数得到系统伯德图如下，未加斜率补偿时，系统伯德图如图5所示。系统在开关频率一半(即40kHz处)存在次谐波振荡。进行斜率补偿，系统伯德图如图6所示。由图可知，斜率补偿可以消除次谐波振荡。伯德图同时验证了提出数学模型的有效性。图5和图6的坐标相同，横坐标均为频率(Hz)，纵坐标分别为幅值(dB)和相角(°)。具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的基于斜率补偿法的峰值电流模式Buck电路次谐波振荡消除方法作进一步说明，本实施方式中，电阻R2的阻值R2为：R1为电阻R1的阻值，ΔVosc为osc点电压微分，VS(L)为SL点电压，M为斜率补偿系数。具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的基于斜率补偿法的峰值电流模式Buck电路次谐波振荡消除方法作进一步说明，本实施方式中，M为0.75。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于斜率补偿法的峰值电流模式Buck电路次谐波振荡消除方法，Buck电路的PWM比较器的同向输入端输入参考电压信号，PWM比较器的反向输入端输入电流反馈信号，其特征在于，PWM比较器的反向输入端还输入用于对电流反馈信号的斜率进行补偿的正斜率的电压信号。

【技术特征摘要】
1.基于斜率补偿法的峰值电流模式Buck电路次谐波振荡消除方法，Buck电路的PWM比较器的同向输入端输入参考电压信号，PWM比较器的反向输入端输入电流反馈信号，其特征在于，PWM比较器的反向输入端还输入用于对电流反馈信号的斜率进行补偿的正斜率的电压信号。2.根据权利要求1所述的基于斜率补偿法的峰值电流模式Buck电路次谐波振荡消除方法，其特征在于，正斜率的电压信号采用如下装置产生，该装置包括：电阻RSENSE、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电解电容C1、电解电容C2和电解电容C3和三极管；电阻RSENSE的一端接地，电阻RSENSE的另一端与电阻R1的一端相连，电阻RSENSE和电阻R1的公共端作为正斜率的电压信号的输出端与PWM比较器的反向输入端相连，电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电解电容C2的正极和PWM控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖光鑫，于海洋，郭袅，马莹，刘岩，蔡银哿，佟瑶，王文亭，
申请(专利权)人：黑龙江省电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23