峰值电流模式BOOST变换器功率级小信号频域特性分析 (峰值电流模式斜坡补偿)

{本文由家电维修技术小编收集整理资料}前述文章，峰值电流模式控制BUCK电路功率级电路计算及*，其中讨论了BUCK变换器功率级小信号频域分析，BOOST变换器是基本DC/DC变换器中的另一种形式，它可以实现输入电压到输出电压的升压变换，具有比较广泛的应用，对BOOST变换器的控制是设计BOOST电路的核心部分，首先需要对功率级电路的小信号传递函数比较了解，才能进行控制环节的设计，本文通过详细计算BOOST变换器功率级的小信号传递函数的特性，进而通过SIMPL*软件*进行验证,作为后续BOOST电路的数字化变换的基础。一、通过Mathcad计算BOOST变换器功率级的特性

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图1对BOOST电路典型规格及参数的定义被分析的BOOST电路的规格基于Microchip的数字电源开发板DPSK3，输入电压9V,输出电压V,开关频率kHz，输入电感uH，输出电容uF，负载电流为mA，采用峰值电流控制，典型输入输出电压下的占空比为0.4.

图2关于斜波补偿电压的计算根据电流采样增益为0.，及相关参数结合电感的基本公式，我们来计算得出需要的斜坡补偿电压，如图2所示，在上述定义下，补偿电压约为mV，我们在后续的*分析中依据此来叠加斜波补偿电压。

图3峰值电流模式直流增益Kdc计算BOOST电路的低频增益我们可以通过计算其直流增益来得到，详细计算公式在图3中给出。

图4BOOST电路峰值电流模式功率级传递函数BOOST电路在峰值电流模式控制中，由于电流环的存在，功率级电路降阶为一阶环节，需要二型补偿器就可以对其进行环路补偿，即对由输出电容和负载构成的主极点ωP进行补偿，注意此处对其通过KD系数进行了修正。除主极点之外，有两个特殊的零点需要注意，一个是由输出电容和其ESR构成的零点ωZ，另一个是所谓的右半平面零点ωR。

图5各个零极点的角频率转化为频率通过基本变换将前述零极点的角频率转换为实际的频率，方便我们和后续的*结果做对照，同时在图5中，我们也对直流增益的结果转化到对数坐标中和后续的*结果对照，可知，修正后的主极点为Hz，ESR零点为kHz，右半平面零点为kHz，直流增益为dB.

图6BOOST电路峰值电流模式功率级增益曲线

图7BOOST电路峰值电流模式功率级相位曲线图6，7中给出了根据上述图4的小信号传递函数对应的BODE图，分别为增益曲线和相位曲线，从中可以得到一些重要的量。

图8功率级穿越频率/相位/低频增益的值

图9功率级低频/主极点/右半平面零点处的频域特性从图8中，我们可以得知，低频增益为dB，穿越频率为3.8kHz，相位为-C.同时，在图9中，得知在主极点频率处，增益相比低频降低了3个dB，相位已经降低C.在右半平面零点处，增益为-db，相位为-C.这里右半平面零点对相位的降低的作用并未得到太多体现，原因是ESR零点和右半平面零点比较接近，因此在相位曲线上可以看出高频段相位基本是持平的。ESR零点和右半平面零点的作用下，高频增益是向上的。接下来，在*中对前述计算结果进行验证。二、通过SIMPL**峰值电流模式BOOST变换器功率级的特性

图BOOST峰值电流模式控制的功率级*电路关于SIMPL*的基础知识，这里我们不再去讨论，有兴趣可以去学习相关的文档，直接给出*原理图，如图所示，这里采用二极管整流方式。

图BOOST电路稳态运行基本波形

图相关变量的值及PWM占空比及输出电压测量值从图所示的相关变量测量值来看，占空比实际为%，由于是非同步整流，比理想占空比偏大，而在mV的电压环给定下，输出电压为我们期望的V设定值。

图BOOST电路峰值电流模式功率级小信号BODE图小信号*结果显示，低频增益为db，粗略测量主极点转折频率为.5Hz,此处相比低频增益降低3db。

图BOOST电路*BODE图中关键参数的自动测量结果从*图上的测量结果来看，穿越频率为3.6kHz，主极点转折频率为Hz，穿越频率处相位为-C,测量结果和第一部分的计算结果非常一致。总结，通过上述对BOOST电路功率级电路的小信号频域分析，作为对其环路补偿设计的基础，同时作为环路数字化的基础。来源：电源漫谈，作者电源漫谈