论文研究-峰值电流模升压变换器的自适应斜坡补偿电路设计 .pdf

在电力电子领域，开关电源设计是极其重要的一环，而在开关电源的设计中，峰值电流模式脉宽调制（PWM）技术因其动态响应快速、闭环稳定性好以及具备过流保护功能等优势被广泛应用。然而，峰值电流模式存在一个问题：当占空比大于50%时，电流反馈环路可能出现不稳定，从而产生次谐波振荡，降低电路抗干扰能力，因此必须引入斜坡补偿。 传统的斜坡补偿方法主要有固定斜坡补偿和分段线性斜坡补偿两种。然而，这些方法的补偿效果并不理想，易出现过补偿现象。过补偿问题可能导致负载能力降低以及瞬态响应变慢。为此，研究者们开始关注并研究动态的自适应补偿方法，其核心是根据输入输出电压的变化自动调整补偿量，以优化性能。 论文中介绍的自适应斜坡补偿电路设计正是为解决传统方法中的不足而提出的。该设计利用吉尔伯特单元的传输特性，将输入输出电压转化为斜坡电流，从而使得补偿量能够自动适应输入输出电压的变化。由于吉尔伯特单元具有较佳的放大与转换特性，适合于处理与转化信号，因此该电路在低电压低功耗的应用领域具有明显优势。这种自适应补偿电路无需使用运算放大器进行电压钳位，简化了电路结构，降低了芯片面积和功耗。 自适应斜坡补偿电路的原理在于，通过斜坡补偿技术抑制由于输入电压或负载突变导致的电感电流扰动，避免占空比大于50%时积累效应导致的电路不稳定。常见的斜坡补偿方法包括在电流采样信号上叠加正斜率斜坡电压信号，或在误差放大器输出电压上叠加负斜率斜坡电压信号。 从技术实现角度，文章提到的设计是在SMIC 0.18um Mix-signal 1.8/3.3V 1P6M工艺下实施的。设计者使用Cadence Spectre仿真软件对电路性能进行评估，结果显示，在输入电压在1.8V到3.3V范围内变化时，设计的电路输出电压稳定，输出纹波小于50mV，最大负载能力达到550mA。 在作者简介方面，汪倩是论文的主要研究者，为暨南大学信息科学技术学院的硕士研究生，研究方向为微电子学与集成电路设计。黄君凯教授是通信联系人，主要研究方向包括微电子材料与器件、集成电路设计与开发。 总而言之，自适应斜坡补偿技术是开关电源设计中的一个重要创新点，它不仅能够解决传统斜坡补偿中的过补偿问题，而且具有结构简单、实现容易、适用于低电压低功耗领域等优点。这对于推动开关电源技术的发展，尤其是针对便携式电子设备的电源解决方案，具有重要的理论与实践意义。