スイッチング電源のピーク電流モードにおける低調波発振に関する研究
DC-DCスイッチング電源は、小型、軽量、高効率、安定した性能などの利点から、エレクトロニクス、電気機器、家電の分野で広く使用されており、急速な発展期を迎えています。 DC-DCスイッチング電源はパワー半導体をスイッチとして使用し、スイッチのデューティサイクルを制御することで出力電圧を調整します。 制御回路トポロジは電流モードと電圧モードに分かれています。 電流モード制御は、高速な動的応答、簡素化された補償回路、大きな利得帯域幅、小さな出力インダクタンス、容易な電流共有などの利点により広く使用されています。 電流モード制御はさらにピーク電流制御と平均電流制御に分かれます。 ピーク電流の利点は次のとおりです。1) 高速過渡閉ループ応答、および入力電圧と出力負荷の変化に対する高速過渡応答。 2) 制御ループの設計が簡単です。 3) 簡易自動磁気バランス機能を搭載。 4) 瞬時ピーク電流制限機能等を搭載していますが、ピークインダクタンス電流によりシステムが低調波発振を引き起こす可能性があります。 これについては多くの文献である程度紹介されていますが、分数調波発振、特にその原因と具体的な回路実装に関する体系的な研究はありませんでした。 この記事では、分数調波振動について体系的に研究します。
1次高調波発振の原因
ダウンスロープ補償構造を備えたPWM変調ピーク電流モードスイッチング電源を例に、サブハーモニック発振の原因をさまざまな観点から詳細に解析します。
電流インナーループ制御モードの場合、図 2 は、システムのデューティ サイクルが 50% を超え、インダクタンス電流が小さなステップ Δ を経たときのインダクタンス電流の変化を示しています。実線は、通常のシステム動作中のインダクタンス電流の波形を表しています。破線は、インダクタンス電流の実際の動作波形を表します。 1) 後のクロック サイクルのインダクタンス電流誤差が前のサイクルのインダクタンス電流誤差よりも大きい、つまり、インダクタンス電流誤差信号が発振および発散し、システムが不安定であることがわかります。 2) 発振周期はスイッチング周期の 2 倍、つまり発振周波数はスイッチング周波数の 1/2 であり、これがサブハーモニック発振の名前の由来です。 図 3 は、システムのデューティ サイクルが 50% を超え、デューティ サイクルに小さなステップ AD がある場合のインダクタンス電流の変化を示しており、システムが分数調波発振も発生することを示しています。 システムのデューティ サイクルが 50 パーセント未満の場合、インダクタンス電流またはデューティ サイクルの乱れによってインダクタンス電流誤差信号の発振が発生する可能性がありますが、この発振は減衰発振に属します。 システムは安定しています。
