一种无电容结构的自适应斜坡补偿电路制造技术

本发明专利技术适用于模拟IC领域，提供一种无电容结构的自适应斜坡补偿电路。所述的电路包括：减法器电路和斜坡电压产生电路。所述的减法器电路，用于产生输出电压和输入电压差值电压；斜坡电压产生电路用于产生一个斜率与电压差值成比例的锯齿波电路，用于作为DC‑DC变换器的斜坡补偿。本电路通过自适应的调节方式，能够避免在系统占空比大于50%时系统出现震荡，而且由于自适应的存在能够很好地避免传统恒定斜率补偿带来的欠补偿或过补偿问题。同时本电路高效利用DC‑DC系统中振荡器电路中产生的锯齿波用于辅助产生自适应斜率锯齿波，从而省去传统斜坡补偿电路中电容的使用，使得电路结构结构简单，版图面积小，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自适应斜坡补偿电路领域，更具体地，涉及一种无电容结构的自适应斜坡补偿电路。
技术介绍
开关电源按控制模式可以分为电压模式和电流模式两大类。相比电压模式而言，电流模式因动态响应快、补偿电路简单、增益带宽大、逐周期电流限制等优点而获得广泛应用。但在电流型DC-DC变换器中，需要采样电感电流，往往由于系统出现干扰，一个小电感采样电流干扰会加到电流环路中从而导致系统的不稳定，具体分析如下：图1为系统占空比小于50％和大于50％情况下加入电感电流扰动波形分析图，图中Vea误差放大器的输出电压，k1和-k2为电感电流采样上升和下降的斜率，ΔiL为电感电流的扰动电流。系统工作在的CCM模式下，在开关管打开阶段，电感电流处于上升阶段，直到达到最大峰值；等到DT时刻，开关管关断，电感电流处于下降阶段，直到达到最小值。其中k1和-k2具体表达式为：和其中VIN和VOUT分别表示输入电压和输出电压，RSEN表示采样电阻的大小。通过表达式可以得知：接下来计算加入扰动电感电流ΔiL一个周期后引起的电感电流误差，大小为： Δ i 1 = Δi L k 2 k 1 ]]>经过第二个周期，这个误差大小为：如此循环，经过N个周期后，这个误差大小为：可以分析得到，当系统的占空比D<50％，即时，即系统可以经过若干周期后自行消去电感扰动电流带来的干扰，使系统达到稳定；当系统的占空比D>50％，即时，即电感扰动电流会逐渐被放大，系统不稳定。为了解决这个问题，需要引入一个斜坡补偿电路，如图2中(a)所示，为D>50％时在采样电压端叠加上一个斜坡补偿电压，这个斜坡补偿电压的斜率设为kc，同理可知，经过一个周期后电流误差为：经过N个周期后，误差大小为：为了需要达到斜坡补偿的效果，那么必须满足如下关系式：即由于所以可以看出这个斜坡补偿的斜率随着占空比的增大而增大，即在占空比为100％时所需达到最大值，即但是问题在于，如果在任何占空比的情况下都使用这个斜率的斜坡补偿电压就会出现过补偿的现象，为此需要提出一种斜率随着占空比变化而变化的斜坡补偿电压，这样才能高效地使系统工作在稳定状态。所以人们希望得到一种自适应的斜率补偿电路，使得斜率电压的斜率随着输入电压降低或者输出电压升高时升高，这样就可以更具占空比大小适当调整斜率补偿电压，效果如图2中(b)所示。从图中可以看出，占空比D1>D2>D3，对于这三种占空比下的斜坡补偿斜率不一样，分别为kc1、kc2和kc3，大小关系为kc1>kc2>kc3，于是就不会出现占空比过小时的过补偿现象和占空比过大的欠补偿现象，从而使得系统高效稳定运行。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种无电容结构的自适应斜坡补偿电路，旨在解决开关变换系统工作在占空比超过50％时电流环路出现震荡的问题，并且能够根据
输入电压和输出电压的变化自适应调节斜坡电压的斜率，解决了传统补偿电路的欠补偿和过补偿问题，核心的专利技术在于结构简单和避免了传统斜坡补偿电路中电容的使用，从而节省版图面积，同时高效利用了振荡器产生的固定锯齿波电压。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种无电容结构的自适应斜坡补偿电路，所述的斜坡补偿电路包括：减法器电路，用于产生输出电压和输入电压的差值电压；斜坡电压产生电路，用于产生一个斜率与电压差值成比例的锯齿波电路，用于变换器的斜坡补偿。本专利技术利用减法器电路产生一个输出电压和输入电压差值的电压用于控制两个工作在线性区两个NMOS管，利用线性区MOS管的阻值特性来实现斜率的自适应调节，同时利用振荡器产生的固定斜率锯齿波作为基准，得到系统所需的斜坡补偿电压。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术公开的一种无电容结构的自适应斜坡补偿电路可通用于各种拓扑结构的开关变换器中，与传统的自适应斜坡补偿电路相比，一方面避免了充放电电容的使用，使得模块结构简单，大大减小版图面积；另一方面，还能高效利用系统中振荡器产生的锯齿破电压，以该锯齿波电压为基准，产生与系统周期匹配的斜坡补偿电压。附图说明图1是传统结构中电感电流扰动对系统的干扰波形图，(a)是占空比D小于50％情况；(b)是占空比大于50％情况。图2是自适应斜坡补偿结构中电感电流扰动对系统的干扰波形图，(a)是固定斜率补偿情况；(b)是自适应斜率补偿情况。图3是本专利技术自适应斜率调节斜坡补偿结构框图。图4是本专利技术斜坡补偿电路具体原理图。图5是本专利技术在不同输入电压下斜坡电压波形图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。本专利技术公开的是一种无电容结构的自适应斜坡补偿电路。参照图3所示，是本专利技术斜坡补偿电路的结构框图。一种结构简单的自适应斜率调节斜坡补偿电路，所述的斜坡补偿电路包括：减法器电路，用于产生输出电压和输入电压的差值电压；斜坡电压产生电路，用于产生一个斜率与电压差值成比例的锯齿波电路，用于变换器的斜坡补偿；前面分析了开关变换器系统工作在占空比超过50％时会出现震荡现象，为了消除这种震荡对系统输出的干扰，本专利提出了一种解决此问题的自适应斜坡补偿电路，具体原理图如图4所示，所述的减法器电路包括由电阻组成的两组采样电路、两个负反馈回路、产生误差电流的电阻R5、P1和P2组成的电流镜、PMOS管P4和产生误差电压的电阻R6。通过图4中减法器电路可以看出，输出电压和输入电压的采样电压大小分别为和这两个采样电压分别加在运放OP1和OP2的负向输入端。由运放OP1和PMOS管P3构成了负反馈回路，通过虚短原理可知，P3管的漏极电压等于输出电压的采样电压同理可知，运放OP2和NMOS管N1构成了负反馈回路，N1管的漏极电压等于输入电压的采样电压于是流过电阻R5这条支路的电流大小为： I R 5 = R 1 R 1 + R 2 V O U T - R 3 R 3 + 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无电容结构的自适应斜坡补偿电路，其特征在于，所述的斜坡补偿电路包括：减法器电路，用于产生输出电压和输入电压的差值电压；斜坡电压产生电路，用于产生一个斜率与电压差值成比例的锯齿波电路，用于变换器的斜坡补偿。

【技术特征摘要】
1.一种无电容结构的自适应斜坡补偿电路，其特征在于，所述的斜坡补偿电路包括：减法器电路，用于产生输出电压和输入电压的差值电压；斜坡电压产生电路，用于产生一个斜率与电压差值成比例的锯齿波电路，用于变换器的斜坡补偿。2.如权利1所述的无电容结构的自适应斜坡补偿电路，其特征在于，所述的减法器电路包括由电阻组成的两组采样电路、两个负反馈回路、产生误差电流的电阻R5、P1和P2组成的电流镜、PMOS管P4和产生误差电压的电阻R6；所述的由电阻组成的两组采样电路，一组是电阻R1和电阻R2组成的采样电路用于固定比例系数采样输出电压，其中电阻R1的一端和地连接，另一端和电阻R2的一端连接，电阻R2的另外一端和输出电压连接；另外一组是由电阻R3和电阻R4组成的采样电路用于固定比例系数采样输入电压，其中电阻R3的一端和地连接，另一端和电阻R4的一端连接，电阻R4的另外一端和输入电压连接；所述的两个负反馈回路，一个是运放OP1和PMOS管P3组成，其中运放OP1的负输入端接输出电压的采样电压，正输入端和P3管的漏极连接，运放的输出和P3管的栅极连接；另一个负反馈回路是由运放OP2和NMOS管N1组成，其中运放OP2的负输入端接输入电压的采样电压，正输入端和N1管的漏极连接，运放的输出和N1管的栅极连接，N1管的源级接地；所述的产生误差电流的电阻R5其一端接P3管的漏极，另一端接N1管的漏极；所述的P1和P2组成的电流镜由PMOS管P1和P2组成，其中P1和P2的源级接输入电压VIN，P1的源级和栅极连接后再与P3...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，王阳，曾衍瀚，李毓鳌，张鑫，唐诗豪，
申请(专利权)人：中山大学，广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学花都产业科技研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44