專利名稱：斜坡補(bǔ)償電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一 種開關(guān)電源，更具體地說，涉及應(yīng)用于開關(guān)電源中的斜坡補(bǔ)償電路。
背景技術(shù)：
開關(guān)電源的主要電路一般由輸入電磁干擾濾波器(EMI)、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護(hù)電路、輸出過欠壓保護(hù)電路、輸出過流保護(hù)電路、輸出短路保護(hù)電路等。在DC-DC開關(guān)電源電流模式控制中，都有一個(gè)缺點(diǎn)，需要在比較器斜坡加一個(gè)小斜坡，稱為斜坡補(bǔ)償。斜坡補(bǔ)償是為了防止電流模式控制的次諧波不穩(wěn)定。次諧波不穩(wěn)定通暢表現(xiàn)為交替出現(xiàn)的寬開關(guān)脈沖和窄開關(guān)脈沖，同時(shí)暫態(tài)相應(yīng)能力劇烈下降。次諧波(DC-DC開關(guān)電源的電流模式下)不穩(wěn)定的發(fā)生有兩個(gè)條件要同時(shí)滿足，一個(gè)是DC-DC開關(guān)電源的占空比必須接近或者大于50 %，另一個(gè)是變換器工作在CCM (連續(xù)模式)。在電流控制模式控制下，當(dāng)電流達(dá)到一定大小時(shí)，開關(guān)關(guān)斷。如果占空比超過50%，電感電流的上升時(shí)間就大于整個(gè)周期的50%，那么電流下降的時(shí)間就小于一個(gè)周期的50%。在較短的時(shí)間內(nèi)，電流還沒有來得及回到靜態(tài)初始值，下一個(gè)周期接著又開始了。下一個(gè)周期的初始電流變大了，在接下來的一個(gè)周期里，電感電流很快就上升到參考點(diǎn)，是導(dǎo)通時(shí)間變短，占空比變窄，和上一個(gè)周期相比，這個(gè)周期的占空比減小到50%以下，但是這樣就導(dǎo)致關(guān)斷時(shí)間太長，下一個(gè)周期電流的初始值太小。這樣，就又會(huì)導(dǎo)致接下來的一個(gè)周期的占空比再次超過50%。如此循環(huán)，電流以間隔一個(gè)周期過大和過小的方式出現(xiàn)振蕩，即次諧波振蕩頻率是開關(guān)頻率的1/2。當(dāng)占空比升高時(shí)，就更需要斜坡補(bǔ)償。通常在最小輸入電壓時(shí)來盡力排除次諧波不穩(wěn)定的可能性。為了抑制DC-DC開關(guān)電源電流模式中的次諧波振蕩問題，需要進(jìn)行斜坡補(bǔ)償。目前常用的是單一斜坡補(bǔ)償和分段斜坡補(bǔ)償。單一斜坡補(bǔ)償是在整個(gè)占空比區(qū)間內(nèi)用一個(gè)固定斜率進(jìn)行補(bǔ)償，這種方式存在小占空比時(shí)的過補(bǔ)償問題。分段斜坡補(bǔ)償是將整個(gè)占空比區(qū)間分為幾段，每段占空比用一固定斜坡補(bǔ)償，同樣存在段內(nèi)小占空比的過補(bǔ)償問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種在整個(gè)占空比區(qū)間內(nèi)補(bǔ)償斜坡斜率連續(xù)變化的斜坡補(bǔ)償方式，在很好的抑制次諧波振蕩的同時(shí)可以有效解決其他斜坡補(bǔ)償方式存在的過補(bǔ)償問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種斜坡補(bǔ)償電路，用于DC-DC開關(guān)電源中，該DC-DC開關(guān)電源包括一個(gè)功率管，該斜坡補(bǔ)償電路包括電壓生成電路，用于產(chǎn)生一個(gè)逐漸上升的電壓；電壓控制電路，與電壓生成電路連接，用于根據(jù)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)周期性地選通所述電壓生成電路產(chǎn)生的電壓，并周期性地釋放該電壓；電流輸出電路，與電壓控制電路連接，用于接受所述電壓控制電路的輸出電壓并輸出斜坡補(bǔ)償電流，所述斜坡補(bǔ)償電流波形呈鋸齒形。作為本實(shí)用新型上述斜坡補(bǔ)償電路的一種優(yōu)選方案，電壓生成電路包括一個(gè)電流源和一個(gè)電容，電流源用于對(duì)電容充電，以該電容的一個(gè)高電位端作為該電壓生成電路的輸出端。作為上述優(yōu)選方案的第一實(shí)施方式，電壓控制電路包括第二 NMOS場效應(yīng)晶體管N12，其源極、漏極分別連接該電容的兩端并作為該電壓控制電路的兩個(gè)輸出端，其柵極接受該時(shí)鐘信號(hào)，用于選通電壓生成電路產(chǎn)生的電壓信號(hào)。作為上述第一實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，電流輸出電路包括第一 NMOS場效應(yīng)晶體管NI I，其源極與第二 NMOS場效應(yīng)晶體管N12的源極連接并接地，其柵極與該第二 NMOS場效應(yīng)晶體管N12漏極連接，其漏極作為輸出端輸出斜坡補(bǔ)償電流。作為上述優(yōu)選方案的第二實(shí)施方式，電壓控制電路包括第二 PMOS場效應(yīng)晶體管P22，其源極、漏極分別連接該電容的兩端并作為該電壓控制電路的兩個(gè)輸出端，其柵極接受該時(shí)鐘信號(hào)，用于選通電壓生成電路產(chǎn)生的電壓信號(hào)。作為上述第二實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，電流輸出電路包括第一 PMOS場效應(yīng)晶體管P21，其源極與第二 PMOS場效應(yīng)晶體管P22的源極連接并連接至一個(gè)外接電壓源，其柵極與該第二 PMOS場效應(yīng)晶體管P22的漏極連接，其漏極作為輸出端輸出斜坡補(bǔ)償電流。根據(jù)本實(shí)用新型上述斜坡補(bǔ)償電路的一個(gè)方面，時(shí)鐘信號(hào)由DC-DC開關(guān)電源的功率管的柵極獲得的時(shí)鐘信號(hào)連接一個(gè)反相器而產(chǎn)生。根據(jù)本實(shí)用新型上述斜坡補(bǔ)償電路的一個(gè)方面，它還包括一個(gè)電流鏡電路，其控制端連接電流輸出電路的輸出端，用于復(fù)制斜坡補(bǔ)償電流。根據(jù)本實(shí)用新型上述斜坡補(bǔ)償電路的一個(gè)方面，在電流鏡電路控制端和電流輸出電路的輸出端之間還連接有一個(gè)開關(guān)。本實(shí)用新型提供的斜坡補(bǔ)償電路輸出一種斜坡補(bǔ)償電流，與開關(guān)電源的電感電流采樣電流疊加后，很好地抑制了次諧波振蕩，同時(shí)有效避免了其他斜坡補(bǔ)償方式存在的過補(bǔ)償問題；使開關(guān)電源電路更加穩(wěn)定。

圖I為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的電路圖；圖2為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例進(jìn)一步改進(jìn)后的電路圖；圖3為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。為了抑制DC-DC開關(guān)電源電流模式中的次諧波振蕩問題，需要進(jìn)行斜坡補(bǔ)償。由Ridley模型可知，為了抑制電流模式中的次諧波振蕩問題，須滿足如下關(guān)系式
Γ ! Se、0.82m=\ + — >-
c Sn D'上式中，Se為補(bǔ)償斜坡斜率，Mc為斜坡電流補(bǔ)償系數(shù)；其中Sn為電感電流上升斜率,在boost架構(gòu)中，<SW = y = V° D[0026]上式中，Vi是DC-DC開關(guān)電源的輸入電壓，Vo是DC-DC開關(guān)電源的輸出電壓；D ’ =1-D，其中D是時(shí)鐘信號(hào)CLK的占空比，L為boost架構(gòu)中的電感值。由上述各式推導(dǎo)可得出&>^·(Ζ)-0.18)最小補(bǔ)償斜坡電流隨一個(gè)周期內(nèi)DC-DC開關(guān)電源功率管開啟時(shí)間t而變化，其中t = D · Ts，Ts為DC-DC開關(guān)電源工作周期時(shí)間，最小補(bǔ)償斜坡電流變化式為Islope = ^' (D ~ 0.18)2(I. I)圖I示出根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的一種在整個(gè)占 空比區(qū)間內(nèi)補(bǔ)償斜坡斜率連續(xù)變化的斜坡補(bǔ)償電路，用于DC-DC開關(guān)電源中。具體地，該斜坡補(bǔ)償電路包括4個(gè)部分電壓生成電路，電壓控制電路，斜坡補(bǔ)償電路，電流鏡電路。根據(jù)本領(lǐng)域的公知常識(shí)，DC-DC開關(guān)電源必然包含有一個(gè)功率管。需要說明的是，電流鏡電路并非斜坡補(bǔ)償電路的必要組成部分，其僅是為了復(fù)制電流以用于其他電路。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，引入電流鏡電路也并非用以限制本實(shí)用新型的范圍。電壓生成電路用于產(chǎn)生一個(gè)逐漸上升的電壓，優(yōu)選地，電壓生成電路可以是一個(gè)電流源I和一個(gè)電容C進(jìn)行連接，對(duì)電容C進(jìn)行充電的電路；次優(yōu)選地，也可以是一個(gè)三角波發(fā)生電路，根據(jù)本領(lǐng)域的公知常識(shí)，三角波發(fā)生電路可具體由滯回比較器和積分電路構(gòu)成，滯回比較器和積分電路的輸出互為另一個(gè)電路的輸入，滯回比較器輸出為方波，經(jīng)積分運(yùn)算電路后變換為三角波。電壓控制電路用于控制電壓生成電路所產(chǎn)生的電壓，使所述電壓以預(yù)期的形式施加于后續(xù)電路中，即起到一個(gè)篩選電壓的功能。電壓控制電路包括一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CLK和第
二NMOS場效應(yīng)晶體管Ν12，CLK信號(hào)輸入到第二 NMOS場效應(yīng)晶體管Ν12的柵極。優(yōu)選地，斜坡補(bǔ)償電路還包括一個(gè)反相器，時(shí)鐘信號(hào)CLK由DC-DC開關(guān)電源的功率管的柵極獲得的時(shí)鐘信號(hào)輸入至該反相器而產(chǎn)生，CLK為高電平時(shí)選通電壓生成電路所產(chǎn)生的電壓，低電平時(shí)截止，其占空比為D，即脈沖電壓為低電平的持續(xù)時(shí)間占脈沖周期的比例為D，0<D< 1，在本實(shí)用新型中，D在取值范圍內(nèi)可以連續(xù)變化。電流輸出電路中，輸入的是電壓控制電路的輸出電壓，輸出的是波形呈鋸齒狀的電流，此時(shí)的電流中消除了次諧波振蕩，也不存在過補(bǔ)償?shù)葐栴}。電流輸出電路具體由第一NMOS場效應(yīng)晶體管NI I構(gòu)成。顯然，第一 NMOS場效應(yīng)晶體管Nll的柵源問電壓為第二 NMOS場效應(yīng)晶體管N12的漏源間電壓，也等于電容C兩端的電壓。電流鏡電路輸入為上述電流輸出電路輸出的電流，輸出電流可以作為其他電路的電流源，優(yōu)選地，本電路可以是以電流鏡的形式把電流放大到所需的倍數(shù)，以供給電路；電流鏡電路可以由第三、第四PMOS場效應(yīng)晶體管P11、P12構(gòu)成；具體地，第三、第四PMOS場效應(yīng)晶體管P11、P12柵極連接在一起并連接至該第三PMOS場效應(yīng)晶體管Pll的漏極，它們的源極分別與外接電壓源U連接，第三PMOS場效應(yīng)晶體管Pll的漏極與電流輸出電路輸出端連接，第四PMOS場效應(yīng)晶體管P12的漏極輸出復(fù)制后的電流。外接電壓源U可以為兩個(gè)，第三、第四PMOS場效應(yīng)晶體管Pll、P12的源極各自連接一個(gè)；外接電壓源U也可以為一個(gè)，第三、第四PMOS場效應(yīng)晶體管PU、P12的源極共同連接。其中第一 NMOS場效應(yīng)晶體管Nll為長溝道NMOS場效應(yīng)晶體管，工作在飽和區(qū) ’第三、第四PMOS場效應(yīng)晶體管Pll和P12構(gòu)成I :1電流鏡，復(fù)制第一 NMOS場效應(yīng)晶體管Nll中的電流形成斜坡補(bǔ)償電流Islopel，Islopel為第四PMOS場效應(yīng)晶體管P12的源漏極之間的電流，由所述電流鏡的比例關(guān)系可知，Islopel = In。其中In為第一 NMOS場效應(yīng)晶體管Nll漏極流向源極的電流；1為電流源；(為電容。根據(jù)本實(shí)用新型的上述第一實(shí)施例，第二 NMOS場效應(yīng)晶體管N12用作NMOS開關(guān)，其Gate端(柵極)施加有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CLK，該信號(hào)CLK與該DC-DC開關(guān)電源包含的功率管的柵極獲得的時(shí)鐘信號(hào)正好相反，使該電路能夠逐周期工作。在時(shí)鐘信號(hào)CLK為低電平時(shí)，例如0V，第一 NMOS場效應(yīng)晶體管Nll的柵源問電壓小于開啟閾值電壓VT，故第二 NMOS場效應(yīng)晶體管N12處于截止?fàn)顟B(tài)，然后電流源I開始為所述電容C進(jìn)行充電，電容C兩端的電壓開始升高，由于第一 NMOS場效應(yīng)晶體管Nll的柵源之間的電壓為電容C兩端的電壓，當(dāng)柵源電壓升高到剛剛等于開啟電壓VT的時(shí)候，例如O. 7V，第一 NMOS場效應(yīng)晶體管NI I即進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)所述時(shí)鐘信號(hào)CLK為高電平時(shí)，例如5V，第二 NMOS場效應(yīng)晶體管N12的柵源之間電壓大于開啟閾值電壓Vt，第二 NMOS場效應(yīng)晶體管N12立即處于飽和狀態(tài)，漏源之間的電壓幾乎為零，所述電容C迅速放電，同時(shí)第一 NMOS場效應(yīng)晶體管Nll也截止。
在一個(gè)工作周期內(nèi)的有效時(shí)間內(nèi)，第一 NMOS場效應(yīng)晶體管NI I的電流(由漏極流
向源極)表示為
權(quán)利要求1.一種斜坡補(bǔ)償電路，用于DC-DC開關(guān)電源中，該DC-DC開關(guān)電源包括一個(gè)功率管,所述斜坡補(bǔ)償電路包括 電壓生成電路，用于產(chǎn)生一個(gè)逐漸上升的電壓； 電壓控制電路，與所述電壓生成電路連接，用于根據(jù)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)周期性地選通所述電壓生成電路產(chǎn)生的電壓，并周期性地釋放該電壓； 電流輸出電路，與所述電壓控制電路連接，用于接受所述電壓控制電路的輸出電壓并輸出斜坡補(bǔ)償電流，所述斜坡補(bǔ)償電流波形呈鋸齒形。
2.如權(quán)利要求I所述的斜坡補(bǔ)償電路，其特征在于，所述電壓生成電路包括一個(gè)電流源和一個(gè)電容，所述電流源用于對(duì)電容充電，以該電容的一個(gè)高電位端作為該電壓生成電路的輸出端。
3.如權(quán)利要求I所述的斜坡補(bǔ)償電路，其特征在于，所述電壓生成電路為三角波發(fā)生電路。
4.如權(quán)利要求2所述的斜坡補(bǔ)償電路，其特征在于，所述電壓控制電路包括第二NMOS場效應(yīng)晶體管(N12)，其源極、漏極分別連接所述電容的兩端并作為該電壓控制電路的兩個(gè)輸出端，其柵極接受所述時(shí)鐘信號(hào)，用于選通所述電壓生成電路產(chǎn)生的電壓信號(hào)。
5.如權(quán)利要求2所述的斜坡補(bǔ)償電路，其特征在于，所述電壓控制電路包括第二PMOS場效應(yīng)晶體管(P22)，其源極、漏極分別連接所述電容的兩端并作為該電壓控制電路的兩個(gè)輸出端，其柵極接受所述時(shí)鐘信號(hào)，用于選通所述電壓生成電路產(chǎn)生的電壓信號(hào)。
6.如權(quán)利要求4所述的斜坡補(bǔ)償電路，其特征在于，所述電流輸出電路包括第一NMOS場效應(yīng)晶體管(Nll)，其源極與所述第二 NMOS場效應(yīng)晶體管(N12)的源極連接并接地，其柵極與該第二NMOS場效應(yīng)晶體管(N12)漏極連接，其漏極作為輸出端輸出所述斜坡補(bǔ)償電流。
7.如權(quán)利要求5所述的斜坡補(bǔ)償電路，其特征在于，所述電流輸出電路包括第一PMOS場效應(yīng)晶體管(P21)，其源極與所述第二 PMOS場效應(yīng)晶體管(P22)的源極連接并連接至一個(gè)外接電壓源，其柵極與該第二 PMOS場效應(yīng)晶體管(P22)的漏極連接，其漏極作為輸出端輸出所述斜坡補(bǔ)償電流。
8.如權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的斜坡補(bǔ)償電路，其特征在于，所述斜坡補(bǔ)償電路還包括一個(gè)反相器，所述時(shí)鐘信號(hào)由所述DC-DC開關(guān)電源的功率管的柵極獲得的時(shí)鐘信號(hào)輸入至該反相器而產(chǎn)生。
9.如權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的斜坡補(bǔ)償電路，其特征在于，它還包括一個(gè)電流鏡電路，其控制端連接所述電流輸出電路的輸出端，用于復(fù)制所述斜坡補(bǔ)償電流。
10.如權(quán)利要求9所述的斜坡補(bǔ)償電路，其特征在于，在所述電流鏡電路控制端和所述電流輸出電路的輸出端之間還連接有一個(gè)開關(guān)。
11.如權(quán)利要求9所述的斜坡補(bǔ)償電路，其特征在于，所述電流鏡電路由第三、第四PMOS場效應(yīng)晶體管(P11、P12)構(gòu)成，該第三、第四PMOS場效應(yīng)晶體管(P11、P12)的柵極連接在一起并連接至該第三PMOS場效應(yīng)晶體管(Pll)的漏極，該第三、第四PMOS場效應(yīng)晶體管(P11、P12)源極分別與外接電壓源連接，該第三PMOS場效應(yīng)晶體管(Pll)的漏極與所述電流輸出電路輸出端連接，該第四PMOS場效應(yīng)晶體管(P12)的漏極輸出復(fù)制后的電流。
12.如權(quán)利要求9所述的斜坡補(bǔ)償電路，其特征在于，所述電流鏡電路由第三、第四NMOS場效應(yīng)晶體管(N21、N22)構(gòu)成，該第三、第四NMOS場效應(yīng)晶體管(N21、N22)的柵極連接在一起并連接至該第三NMOS場效應(yīng)晶體管(N21)的漏極，該第三、第四NMOS場效應(yīng)晶體管(N21、N22)源極均接地，該第三NMOS場效應(yīng)晶體管(N21)的漏極與所述電流輸出電路輸 出端連接，該第四NMOS場效應(yīng)晶體管(N22)的漏極輸出復(fù)制后的電流。
專利摘要一種斜坡補(bǔ)償電路，用于DC-DC開關(guān)電源中，該DC-DC開關(guān)電源包括一個(gè)功率管，該斜坡補(bǔ)償電路包括電壓生成電路，用于產(chǎn)生一個(gè)逐漸上升的電壓；電壓控制電路，與電壓生成電路連接，用于根據(jù)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)周期性地選通電壓生成電路產(chǎn)生的電壓，并周期性地釋放該電壓；電流輸出電路，與電壓控制電路連接，用于接受電壓控制電路的輸出電壓并輸出斜坡補(bǔ)償電流，該斜坡補(bǔ)償電流波形呈鋸齒形。斜坡補(bǔ)償電流與開關(guān)電源的電感電流采樣電流疊加后，很好地抑制了次諧波振蕩，同時(shí)有效避免了其他斜坡補(bǔ)償方式存在的過補(bǔ)償問題；使開關(guān)電源電路更加穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H02M3/156GK202435271SQ20122002772
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者溫作曉, 羅言剛 申請(qǐng)人:彩優(yōu)微電子(昆山)有限公司