功率变换器及其斜坡信号产生器及斜坡信号产生方法技术

本公开涉及功率变换器及其斜坡信号产生器及斜坡信号产生方法。功率变换器包括耦合在输入端和输出端之间的电感和开关管。斜坡信号产生器包括：斜率控制模块，用于根据所述电感的电流检测信号获得斜率调节信号；以及信号产生模块，用于根据所述斜率调节信号产生斜坡信号，其中，所述斜率调节信号至少表征所述电感的电感值，所述信号产生模块根据所述斜率调节信号动态调节所述斜坡信号的斜率。该功率变换器的斜坡信号产生器可以在开关周期内自适应地调节斜坡信号的斜率，对电感值的波动进行动态补偿，改善抑制次谐波振荡的效果，从而提高功率变换器的输入输出电压范围和稳定性。功率变换器的输入输出电压范围和稳定性。功率变换器的输入输出电压范围和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
功率变换器及其斜坡信号产生器及斜坡信号产生方法


[0001]本公开涉及电源
，更具体地说，涉及一种功率变换器及其斜坡信号产生器及斜坡信号产生方法。

技术介绍

[0002]在电子产品中，已经广泛地采用功率变换器提供电子产品内部的电子器件的供电电压。例如，电子器件的供电电压高于电池电压，功率变换器用于将电池电压转换成电子器件的供电电压以使电子器件可以正确工作。
[0003]功率变换器通过控制开关器件（例如，晶体管、IGBT、MOSFET等）的开关动作，控制从功率变换器的输入端转移到输出端的电能，从而获得期望的输出电压和/或输出电流。可以通过各种控制策略和调制技术来实现开关器件的开关状态控制，如脉宽调制（PWM）、脉频调制（PFM）、脉位调制（PPM）等。
[0004]在采用脉宽调制（PWM）实现开关控制的情形下，基于定频峰值电流控制方案实现的功率变换器，在开关控制信号的占空比大于50%时，其存在固有次谐波振荡问题，导致功率变换器工作不稳定。对于电池续航能力有高要求的应用场景，例如，便携式电子产品，不仅电池电压的变化范围大，而且电子产品的供电电压要达到高效率高动态的要求。因此，开关控制信号的占空比需要在大范围内变化，这使得次谐波振荡问题进一步恶化。
[0005]图1示出根据现有技术的功率变换器的示意性电路图。功率变换器100采用BOOST拓扑，例如，包括控制电路110，该控制电路110根据电感电流iL的电流检测信号Vsen和输出电压Vo的电压反馈信号Vfb产生开关控制信号Vgs1和Vgs2。为了抑制次谐波振荡，控制电路110还包括斜坡信号产生器101，用于产生斜坡信号Vslope，电流检测信号Vsen与斜坡信号Vslope相叠加产生叠加信号Vs1。斜坡信号Vslope用于补偿电流检测信号Vsen的斜率，使得叠加信号Vs1的斜率相对于电流检测信号Vsen的斜率增加，可以减少次谐波振荡的发生，扩大开关控制信号的占空比范围。
[0006]在现有的功率变换器100中，斜坡信号产生器101产生固定斜率或多段斜率的斜坡信号，对电流检测信号vsen进行斜率调节。该功率变换器100的控制电路可以解决峰值电流模控制方式下次谐波振荡的问题，但是也会造成过补偿，减弱系统的动态响应速度和负载能力。进一步地，该功率变换器100的控制电路是针对特定的电感参数设计的，这不仅限制了控制电路的应用场景，而且在不同温度和电流下，电感值也会变化，最大可以变化可达40%，严重的会导致高温重载时再次出现次谐波振荡问题。
[0007]因此，期望进一步改进功率变换器的斜坡信号补偿方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供功率变换器及其斜坡信号产生器及斜坡信号产生方法，对电流检测信号进行微分以获得斜率调节信号，以及根据斜率调节信号产生斜坡
信号，以提高功率变换器的输入输出电压范围和稳定性。
[0009]根据本专利技术的一方面，提供一种用于功率变换器的斜坡信号产生器，所述功率变换器包括耦合在输入端和输出端之间的电感和开关管，所述斜坡信号产生器包括：斜率控制模块，用于根据所述电感的电流检测信号获得斜率调节信号；以及信号产生模块，用于根据所述斜率调节信号产生斜坡信号，其中，所述斜率调节信号至少表征所述电感的电感值，所述信号产生模块根据所述斜率调节信号动态调节所述斜坡信号的斜率。
[0010]可选地，所述斜率控制模块对所述电流检测信号进行微分以获得所述斜率调节信号，所述信号产生模块按照下式动态调节所述斜坡信号的斜率：，其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，a表示所述斜坡信号产生器的第一电路参数，k表示所述斜坡信号产生器的第二电路参数。
[0011]可选地，设置所述斜坡信号产生器的有源器件和/或无源器件的参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
[0012]可选地，所述第一电路参数与所述功率变换器额定的输入电压和输出电压相关。
[0013]可选地，所述斜率控制模块包括：微分模块，用于对所述电流检测信号进行微分以获得第一信号；以及减法模块，用于将所述第一信号和所述第一信号的比例信号相减以获得第二信号。
[0014]可选地，所述微分模块和所述减法模块分别包括选自运算放大器的有源器件以及选自电阻和电容至少之一的无源器件。
[0015]可选地，所述第一电路参数与所述功率变换器实时采集的输入电压和输出电压相关。
[0016]可选地，所述斜率控制模块包括：微分模块，用于对所述电流检测信号进行微分以获得第一信号；除法模块，用于将所述输出电压除以所述输入电压以获得第二信号；乘法模块，用于将所述第一信号和所述第二信号相乘以获得第三信号；以及加法模块，用于将所述第三信号减去所述第一信号以获得所述斜率调节信号。
[0017]可选地，所述斜率控制模块包括：乘法模块，用于将所述电流检测信号和所述输出电压相乘以获得第一信号；除法模块，用于将所述第一信号除以所述输入电压以获得第二信号；加法模块，用于将所述第二信号加上所述电流检测信号以获得第三信号； 以及微分模块，用于对所述第三信号进行微分以获得所述斜率调节信号。
[0018]可选地，所述斜率控制模块包括：除法模块，用于将所述电流检测信号除以所述输入电压以获得第一信号；乘法模块，用于将所述第一信号和所述输出电压相乘以获得第二信号；加法模块，用于将所述第二信号加上所述电流检测信号以获得第三信号； 以及微分模块，用于对所述第三信号进行微分以获得所述斜率调节信号。
[0019]可选地，所述乘法模块和所述除法模块包括分别选自乘法器的有源器件，所述微分模块、所述除法模块、所述乘法模块和所述加法模块分别包括选自电阻和电容至少之一的无源器件。
[0020]可选地，所述信号产生模块包括：反相比例模块，用于获得所述斜率调节信号的反
相比例信号；以及电压转换模块，用于根据所述反相比例信号产生所述斜坡信号。
[0021]可选地，所述反相比例模块包括选自运算放大器的有源器件以及选自电阻和电容至少之一的无源器件，所述电压转换模块包括选自电流镜的有源器件和选自电阻和电容至少之一的无源器件。
[0022]根据本专利技术的另一方面，提供一种功率变换器，包括：输入端和输出端，分别接收输入电压和提供输出电压；耦合在所述输入端和所述输出端之间的电感和开关管；以及控制电路，用于产生所述开关管的开关控制信号，在所述开关管的导通状态下采用所述输入电压对所述电感充电，以及在所述开关管的关断状态下所述电感放电，从而所述输出端产生所述输出电压，其中，所述控制电路包括上述的斜坡信号产生器。
[0023]可选地，所述功率变换器采用峰值电流控制方式或谷值电流控制方式。
[0024]可选地，所述功率变换器包括选自BOOST拓扑、BUCK拓扑、BUCK
‑
BOOST拓扑、FLYBACK拓扑任意一种的功率变换器。
[0025]根据本专利技术的另一方面，提供一种功率变换器的斜坡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于功率变换器的斜坡信号产生器，所述功率变换器包括耦合在输入端和输出端之间的电感和开关管，所述斜坡信号产生器包括：斜率控制模块，用于根据所述电感的电流检测信号获得斜率调节信号；以及信号产生模块，用于根据所述斜率调节信号产生斜坡信号，其中，所述斜率调节信号至少表征所述电感的电感值，所述信号产生模块根据所述斜率调节信号动态调节所述斜坡信号的斜率。2.根据权利要求1所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜率控制模块对所述电流检测信号进行微分以获得所述斜率调节信号，所述信号产生模块按照下式动态调节所述斜坡信号的斜率：，其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，a表示所述斜坡信号产生器的第一电路参数，k表示所述斜坡信号产生器的第二电路参数。3.根据权利要求2所述的斜坡信号产生器，其中，设置所述斜坡信号产生器的有源器件和/或无源器件的参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。4.根据权利要求3所述的斜坡信号产生器，其中，所述第一电路参数与所述功率变换器额定的输入电压和输出电压相关。5.根据权利要求4所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜率控制模块包括：微分模块，用于对所述电流检测信号进行微分以获得第一信号；以及减法模块，用于将所述第一信号和所述第一信号的比例信号相减以获得第二信号。6.根据权利要求5所述的斜坡信号产生器，其中，所述微分模块和所述减法模块分别包括选自运算放大器的有源器件以及选自电阻和电容至少之一的无源器件。7.根据权利要求2所述的斜坡信号产生器，其中，所述第一电路参数与所述功率变换器实时采集的输入电压和输出电压相关。8.根据权利要求7所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜率控制模块包括：微分模块，用于对所述电流检测信号进行微分以获得第一信号；除法模块，用于将所述输出电压除以所述输入电压以获得第二信号；乘法模块，用于将所述第一信号和所述第二信号相乘以获得第三信号；以及加法模块，用于将所述第三信号减去所述第一信号以获得所述斜率调节信号。9.根据权利要求7所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜率控制模块包括：乘法模块，用于将所述电流检测信号和所述输出电压相乘以获得第一信号；除法模块，用于将所述第一信号除以所述输入电压以获得第二信号；加法模块，用于将所述第二信号加上所述电流检测信号以获得第三信号； 以及微分模块，用于对所述第三信号进行微分以获得所述斜率调节信号。10.根据权利要求7所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜率控制模块包括：除法模块，用于将所述电流检测信号除以所述输入电压以获得第一信号；乘法模块，用于将所述第一信号和所述输出电压相乘以获得第二信号；加法模块，用于将所述第二信号加上所述电流检测信号以获得第三信号； 以及
微分模块，用于对所述第三信号进行微分以获得所述斜率调节信号。11.根据权利要求8至10中任一项所述的斜坡信号产生器，其中，所述乘法模块和所述除法模块包括分别选自乘法器的有源器件，所述微分模块、所述除法模块、所述乘法模块和所述加法模块分别包括选自电阻和电容至少之一的无源器件。12.根据权利要求1所述的斜坡信...

【专利技术属性】
技术研发人员：温海涛，路遥，李智，
申请(专利权)人：杰华特微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：