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文章編號：2095-6835（2016）07-0083-01

摘 要：為了使開關電源進一步滿足電子產品小型化、輕量化和高功率發(fā)展的要求，以DC-DC開關電源管理芯片為主要研究對象，簡單介紹了開關電源的控制形式，并對DC-DC電源轉換芯片的設計方案和斜坡補償的注意事項進行了深入研究。

關鍵詞：DC-DC開關電源；轉換芯片；PWM比較器；斜坡補償

中圖分類號：TM46 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.083

電源作為電子設備的重要組成部分之一，其質量對電子設備的穩(wěn)定性、安全性和可靠性有重要影響。計算機設備、高效便攜式電子產品的小型化、高功耗發(fā)展對其電池供電系統(tǒng)的體積、質量、效率等提出了更高的要求。在此背景下，加強對DC-DC開關穩(wěn)壓電源的設計和研究，確保開關電源符合電子產品市場的整體要求，已成為當前電源研發(fā)領域需要著重開展的關鍵工作。

1 開關電源的控制形式

分析DC-DC變換器后可知，該設備通過一個或多個開關器件的切換，可將某個等級的直流輸入電壓轉變?yōu)榱硪坏燃壍闹绷麟妷翰⑤敵?，并在給定的直流電壓下設定電路開關器件的導通時間，從而實現對平均輸出電壓的有效控制。其中，以某一固定頻率為依托進行開關切換是有效控制電壓的重要方法，通過調整導通區(qū)間的長度，可達到準確控制平均輸出電壓的目的。該方法被稱為PWM脈寬調制法。從控制方式的角度看，PWM可分為電壓型控制和電流型控制兩種。其中，電壓型控制的原理為：利用誤差放大器輸出信號，并對比信號與固定鋸齒波，進而產生PWM信號。需要說明的是，電壓型控制方式實質上是一種單環(huán)控制系統(tǒng)，而電壓控制變換器則是有輸出濾波電容電壓、電感電流兩種狀態(tài)變量的二階系統(tǒng)。開關電源的電流型控制是指對比誤差放大器輸出的信號與經過采樣獲取的電感峰值電流，從而有效控制輸出脈沖占空比，并確保輸出電感峰值電流隨誤差電壓的變化而變化。與電壓型控制不同的是，電流型控制方式為一階系統(tǒng)，即無穩(wěn)定條件系統(tǒng)，是在傳統(tǒng)PWM電壓控制的基礎上，通過附加電流反饋環(huán)節(jié)成為雙環(huán)控制系統(tǒng)的，其外環(huán)由輸出電壓反饋電路構成，內環(huán)則由互感器采樣所輸出的電感電流構成。

2 模塊設計和斜坡補償的注意事項

2.1 模塊設計的注意事項

本文所設計的是一個以PWM控制為主的boost升壓式DC-DC電源轉換芯片。該芯片是以電壓環(huán)與電流環(huán)雙環(huán)為基礎的異界控制系統(tǒng)的PWM電流模式控制電路，該集成模塊包括控制、驅動、保護和檢測電路等。具體而言，管理芯片系統(tǒng)分為以下6個模塊：①誤差放大電路。誤差放大器產生誤差信號后，相關信號會被傳至PWM比較器，即在比較輸出的電壓樣本和內部電壓后放大差值時，便會產生誤差信號。而誤差放大器的Vref引腳為基準電壓下的固定比對基準。②PWM比較器。當來自電流的取樣信號的強度超過誤差信號時，PWM比較器會進入翻轉狀態(tài)，通過復位驅動鎖存器斷開電源開關，從而實現對開關管開閉狀態(tài)的控制。③振蕩器模塊。振蕩器電路為芯片系統(tǒng)提供相應頻率的時鐘信號，從而對變換器的工作頻率進行設置。④鎖存器。鎖存器主要包括RS觸發(fā)器及相應邏輯模塊，通過調整驅動電路的狀態(tài)，可實現對電源開關的控制。流經鎖存器的輸出電平會斷開驅動電路，而在正常工況下，時鐘脈沖期間內的觸發(fā)器會被設置為高電平。當PWM比較器輸出高電平時，鎖存器會進行復位操作。⑤軟啟動電路。當芯片系統(tǒng)啟動時，會產生較強的沖擊電流，而軟啟動電路設置的目的在于確保系統(tǒng)無法在全占空比狀態(tài)下啟動，使輸出電壓在系統(tǒng)允許的上升速度下逐漸升至穩(wěn)壓點，從而確保電壓輸出的穩(wěn)定性。⑥電流采樣電路和保護電路模塊。電流采樣電路主要負責為PWM比較器提供斜坡補償電流，從而確保比較器的翻轉復位能順利實現。而保護電路的設置則是為了對DC-DC電源開關電流進行監(jiān)控。如果電流超出額定峰值，則電路便會重新進入軟啟動周期，從而確保芯片系統(tǒng)運行的安全性。

2.2 斜坡補償的注意事項

當電流控制的電感電流占空比<50%時，擾動電流所引發(fā)的電流誤差會減小；當占空比>50%時，擾動誤差所引發(fā)的電流誤差會增加。因此，當尖峰電流模式占空比>50%時，系統(tǒng)運行一周期后，擾動信號的強度會增大，進而導致芯片的穩(wěn)定性下降。此時，需要對PWM比較器進行坡度補償，從而穩(wěn)定電路。在坡度補償后，即使占空比<50%，管理芯片的電路性能仍能得到良好的改善。因此，斜坡補償能有效提高電路的穩(wěn)定性，確保電感電流的平均值不隨占空比的變化而變化，從而在減小峰值和平均值誤差的同時，起到抑制次諧波振蕩的目的。

3 結束語

本文簡要介紹了開關電源的電壓型控制和電流型控制模式，對以PWM控制為主的boost升壓式DC-DC電源轉換芯片進行了詳細分析，并闡述了斜坡補償的注意事項。研究結果表明，本文所設計的DC-DC開關電源管理芯片（系統(tǒng)）能較好地保證開關電源電壓的穩(wěn)定性和控制開關狀態(tài)，具有一定的推廣使用價值。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕