スイッチング電源におけるピーク電流モードの低調波振動の研究
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により、電子、電気機器、家電製品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採用し、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。 その制御回路トポロジーは、電流モードと電圧モードに分かれており、電流モード制御は、動的応答が速く、補償回路が簡素化され、ゲイン帯域幅が大きく、出力インダクタンスが小さく、均等化が容易などの利点があるため、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ており、ピーク電流の利点は次のとおりです。
1) 過渡閉ループ応答が比較的速く、入力電圧の変化や出力負荷の変化に対する過渡応答も比較的速い。2) 制御ループの設計が容易。
2) 制御ループの設計が容易であること
3) シンプルで自動的な磁気バランス機能があります。4) 過渡ピーク電流制限機能があります。ただし、ピークインダクタ電流により、システムにサブハーモニック振動が発生する可能性があります。多くの文献では、これについてある程度紹介していますが、サブハーモニック振動の体系的な研究はなく、特にその原因と具体的な回路の実装については、本論文で体系的に研究します。
1 低調波振動の原因
PWM変調ピーク電流モードスイッチング電源を例にとり（図1に示し、ダウンスロープ補償構造を示す）、サブハーモニック振動の原因をさまざまな観点から詳細に分析します。
電流インナーループ制御モードの場合、図 2 は、システム デューティ サイクルが 50% を超え、インダクタ電流が小さなステップ ∆Script を経るときのインダクタ電流の変化を示しています。ここで、実線はシステムが正常に動作しているときのインダクタ電流の波形、破線はインダクタ電流の実際の動作波形です。次のことがわかります。1) 後半のクロック サイクルのインダクタ電流誤差が前のサイクルのインダクタ電流誤差よりも大きい、つまり、インダクタ電流誤差信号が振動して広がり、システムが不安定になる。2) 振動周期がスイッチング周期の 2 倍である、つまり、振動周波数がスイッチング周波数の 1/2 である。これがサブハーモニック振動の名前の由来です。図 3 は、システム 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 が発生したときを示しています。インダクタ電流が変化すると、システムにもサブハーモニック振動が発生することがわかります。 また、システムのデューティ サイクルが 50% 未満の場合、インダクタ電流またはデューティ サイクルの摂動によってインダクタ電流エラー信号も振動しますが、この振動は減衰振動に属します。システムは安定しています。
