CN102323841A - 一种电流滞环控制电路、电流滞环控制方法以及应用其的直流-直流变换器 - Google Patents

Abstract

依据本发明的一种新型的电流滞环控制电路，通过一误差信号发生电路接收所述功率级电路的输出电压和一基准电压，并产生一误差信号；通过一电流检测电路，用以检测功率级电路中的电流，以产生表征所述功率级电路中的电流信息的检测电压信号；通过补偿信号发生电路在检测电压信号上升时间段内产生一上升斜率为第一斜率的斜坡补偿信号；通过一控制信号发生电路接收所述误差信号、检测电压信号和所述斜坡补偿信号；通过一增加的斜坡补偿信号来补偿检测电流信息，以有效的稳定不同输入电压条件下的工作频率，并实现对输出负载的瞬态响应补偿，提高瞬态响应。

Description

一种电流滞环控制电路、电流滞环控制方法以及应用其的直流-直流变换器

技术领域

本发明涉及一种直流-直流变换器的控制电路，尤其涉及一种采用电流模式控制的电流滞环控制电路、电流滞环控制方法以及应用其的直流-直流变换器。 

背景技术

随着对开关电源稳态和动态特性的要求日益提高，对开关电源中的控制方法也提出了更高的要求。因此，具有输出电压闭环控制和电流闭环控制的双闭环控制系统由于其同时满足了稳定性、控制精度和和动态特性的要求，而广泛应用于开关电源中。 

其中，电流滞环控制方法是一种较为传统的PWM电流控制方法，具有稳定性好，响应速度快，误差可控等优点，其系统结构如图1A所示。功率开关管101、电感102、整流二极管103和输出电容104构成一降压型拓扑结构。输出电阻105两端的输出电压V_out和一参考电压源V_ref经过一误差运算放大器106，获得一误差信号V_c；采样电感102上的电流i_L，然后通过滞环比较器107与所述误差信号V_c进行比较，比较结果V_ctrl输入至驱动电路108来驱动功率开关管101的动作。 

为了实现电流滞环控制，滞环比较器107具有上限值和下限值，其滞环宽度为Δi_L。当电感电流i_L的检测信号下降到下限值时，滞环比较器107输出高电平，使功率开关管101开通，电感电流i_L上升；反之，当电感电流i_L的检测信号达到上限值时，滞环比较器107输出低电平，使功率开关管101关断，电感电流i_L下降。被检测的电感电流i_L决定了功率开关管101的关断和导通时间。 

参考图1B所示的图1A所示的直流-直流转换器的工作波形图，可见，在电流滞环控制方式下，在一个开关周期内，电感电流i_L的上升斜率约为(V_in-V_out)/L，下降斜率约为V_out/L，因此每一开关周期的大小可能会因为输入电压和输出电压的变化而变化，如图示的开关周期T₀、T₁和T₂。因此开关频率 跟随输入电压、输出电压和负载的变化而变化。当输入电压增加时，开关频率随之增加；当输入电压减小时，开关频率随之减小，直流-直流转换器是以变频模式工作的。因此，具有较大变化的工作频率增加了电感电容等无源器件的选择和设计复杂性，开关损耗及驱动损耗也会随着开关频率的增加而增加。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型的电流滞环控制电路和电流滞环控制方法。其通过一增加的斜坡补偿信号来补偿检测电流信息，以有效的稳定不同输入电压条件下的工作频率，并实现对输出负载的瞬态响应补偿，提高瞬态响应。 

依据本发明的一实施例的一种电流滞环控制电路，用以控制一功率级电路以产生一定的输出电压，包括，误差信号发生电路、电流检测电路、补偿信号发生电路和控制信号发生电路，其中， 

所述误差信号发生电路，与所述功率级电路的输出连接，用以接收所述功率级电路的输出电压和一基准电压，并产生一误差信号； 

所述电流检测电路，用以检测功率级电路中的电流，以产生表征所述功率级电路中的电流信息的检测电压信号，其具有上升阶段和下降阶段； 

所述补偿信号发生电路，用以在检测电压信号上升时间段内产生一上升斜率为第一斜率的斜坡补偿信号； 

所述控制信号发生电路，具有第一阈值和第二阈值，用以接收所述误差信号、检测电压信号和所述斜坡补偿信号； 

当所述检测电压信号和所述斜坡补偿信号之和大于第一阈值时，关断所述功率级电路中的主功率开关管，并且复位补偿信号发生电路，从而使得检测电压信号以近似所述第一斜率持续下降；直至所述检测电压信号达到第二阈值时，恢复所述功率级电路和所述斜坡信号发生电路。 

优选的，所述第一斜率与所述功率级电路的期望输出电压值成正比例关系，与所述功率级电路中的输出电感的电感值成反比例关系。 

进一步的，当所述斜坡补偿信号大于一预设值时，将所述斜坡补偿信号箝位至所述预设值，直至所述检测电压信号和所述斜坡补偿信号之和达到所述第 一阈值时，关断所述功率级电路中的主功率开关管，并且复位补偿信号发生电路，从而使得检测电压信号以近似所述第一斜率持续下降；直至所述检测电压信号到达第二阈值时，恢复所述功率级电路和所述斜坡信号发生电路。 

优选的，所述控制信号发生电路为一迟滞比较器，其第一输入端接收所述误差信号，第二输入端接收所述检测电压信号，第三输入端接收斜坡补偿信号，并且，所述误差信号作为所述第二阈值，所述误差信号和所述迟滞比较器的门限宽度之和作为所述第一阈值。 

优选的，所述补偿信号发生电路为由第一电流源和第一电容组成的电容充放电电路，还包括第一开关和第二开关组成的开关电路，所述第一开关的开关动作与主功率开关管一致，所述第二开关的开关动作与第一开关的开关动作互补，以在主功率开关管导通期间，产生所述斜坡补偿信号，所述电流源的电流值和所述电容的电容值保证所述斜坡补偿信号的上升斜率与所述第一斜率保持一致。 

优选的，所述补偿信号发生电路为由第二电流源和第二电容组成的电容充放电电路，还包括第三开关和第四开关组成的开关电路和一箝位电路； 

其中，所述第三开关的开关动作与主功率开关管一致，所述第四开关的开关动作与第一开关的开关动作互补； 

所述箝位电路具有与所述预设值相同的箝位电压，与所述电容充放电电路连接，以在主功率开关管导通期间，产生所述斜坡补偿信号；并且当斜坡补偿信号大于所述箝位电压值，将其箝位至所述箝位电压。 

优选的，所述电流检测电路与所述功率级电路中的输出电感连接，用以接收流过所述输出电感的电流。 

优选的，所述电流检测电路与所述功率级电路中的主功率开关管或者整流管连接，以相应的接收流过主功率开关管和整流管的电流。 

进一步的，所述误差信号发生电路进一步包括跨导放大器、第一基准电压源和第一补偿电路，其中，跨导放大器的第一输入端接收所述输出电压，第二输入端连接所述基准电压源，输出端连接所述补偿电路，以在输出端产生所述误差信号。 

进一步的，所述误差信号发生电路进一步包括运算放大器、第二基准电压 源和第二补偿电路，其中，运算放大器的第一输入端接收所述输出电压，第二输入端连接所述第二基准电压源，输出端和第一输入端之间连接所述补偿电路，以在输出端产生所述误差信号。 

优选的，其特征在于，所述功率级电路为降压型拓扑结构、升压-降压型拓扑结构、正激式拓扑结构或者反激式拓扑结构。 

依据本发明的一实施例的一种电流滞环控制方法，包括以下步骤： 

检测功率级电路中的电流，以获得一检测电压信号，其具有上升阶段和下降阶段；

检测功率级电路的输出电压，并与一基准电压源进行比较，以获得一误差信号； 

在检测电压信号上升时间段内，产生一上升斜率为所述第一斜率的斜坡补偿信号；

计算所述检测电压信号和所述补偿信号之和； 

当所述检测电压信号和所述斜坡补偿信号之和大于第一阈值时，检测电压信号以近似所述第一斜率持续下降，并且，所述斜坡补偿信号复位； 

检测所述检测电压信号和第二阈值； 

当所述检测电压信号达到第二阈值时，恢复所述检测电压信号和所述斜坡补偿信号。 

优选的，所述第一斜率与所述功率级电路的期望输出电压值成正比例关系，与功率级电路中的输出电感成反比例关系。 

进一步的，当所述斜坡补偿信号大于一预设值时，将所述斜坡补偿信号箝位至所述预设值，直至所述检测电压信号和所述补偿信号之和达到所述第一阈值。 

优选的，检测功率级电路中的输出电感或者主功率开关管和整流管的电流来获得所述检测电压信号。 

优选的，在检测电压信号上升时间段内，电流源对电容持续充电，获得所述上升斜率为所述第一斜率的斜坡补偿信号。 

优选的，所述第一阈值与所述误差信号相等，所述第二阈值为所述误差信号和一固定值之和。 

依据本发明一实施例的一种直流-直流变换器，包括电流滞环控制电路，逻辑和驱动电路和功率级电路，其中， 

所述电流滞环控制电路的第一输入端与所述功率级电路的输出端连接，用以接收所述功率级电路的输出电压；第二输入端接收所述功率级电路的电流信息；以在输出端产生相应的控制信号输入至所述逻辑和驱动电路； 

所述逻辑和驱动电路分别与所述电流滞环控制电路和所述功率级电路连接，用以接收所述控制信号，以产生相应的驱动信号，以驱动功率级电路中的功率开关管的开关动作。 

采用本发明的电流滞环控制电路及其电流滞环控制方法，至少可以实现： 

(1)保证电流滞环控制以一相对固定的工作频率工作，因此其工作频率变化极小，有利于电感电容等无源器件的选择与设计，并且限制电路中的开关损耗及驱动损耗； 

(2)实现对输出负载的瞬态响应补偿，达到良好的瞬态响应效果； 

(3)能够很方便的通过外部电路的编程，实现对斜坡补偿信号的上升斜率的设置； 

(4)另外，对于某些应用场合，并不需要工作频率严格固定，只需要将工作频率限定在一定的范围内，或平均开关频率基本固定就可以了。因此，依据本发明的电流滞环控制电路及其控制方法可以通过适当放宽对工作频率的限制来达到提高电流控制快速性的目的。 

附图说明

图1A所示为采用传统的电流滞环控制方法的直流-直流变换器的电路原理框图； 

图1B所示为图1A所述直流-直流变换器中控制信号和电感电流的工作波形图； 

图2A所示为依据本发明的电流滞环控制电路的第一实施例的电路原理框图； 

图2B所示的图2A所示的依据本发明的第一实施例的电流滞环控制电路的工作波形图； 

图3A所示的依据本发明的电流滞环电控制路的第二实施例的电路原理框图； 

图3B所示为依据本发明的电流滞环控制电路中的误差信号发生电路的另一实施例的原理框图； 

图3C所示为依据本发明的电流滞环控制电路中的补偿信号发生电路的一实施例的电路原理框图； 

图3D所示为依据本发明的电流滞环控制电路中的补偿信号发生电路的另一实施例的电路原理框图； 

图4所示的图2A或者图3A所示的依据本发明的电流滞环控制电路的工作波形图； 

图5A所示为依据本发明的具有箝位功能的补偿信号发生电路的一实施例的电路原理框图； 

图5B所示的具有图5A所示的箝位电路的补偿信号发生电路的电流滞环控制电路的工作波形图； 

图5C所示为依据本发明的具有箝位功能的补偿信号发生电路的另一实施例的电路原理框图； 

图6所述为依据本发明的电流滞环控制方法的一实施例的流程图； 

图7所示为依据本发明一实施例的具有改进的电流滞环控制的直流-直流变换器的原理框图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。 

参考图2A，所示为依据本发明的电流滞环控制电路的第一实施例的电路原理框图。其中开关器件电路201、电感202和电容203组成一功率级电路210，接收输入电压V_in。电流滞环电路209根据检测到的电流i_sense和输出电压V_out， 产生相应的控制信号V_ctrl，控制开关器件201的开关动作，从而在输出端输出一定的输出电压V_out。 

其中电流滞环控制电路209包括误差信号发生电路206、电流检测电路205、补偿信号发生电路207和控制信号发生电路208。 

所述误差信号发生电路206与功率级电路的输出连接，用以接收所述功率级电路的输出电压V_out，并产生一误差信号V_c； 

所述电流检测电路205检测功率级电路中的电流i_sense，以产生表征所述功率级电路中的电流的检测电压信号V_l； 

所述补偿信号发生电路207用以产生一具有第一斜率的斜坡补偿信号V_comp，所述第一斜率与所述功率级电路的期望输出电压值成正比例关系，与输出电感L的电感值成反比例关系； 

所述控制信号发生电路208，具有第一阈值V_th1和第二阈值V_th2，用以接收所述误差信号V_c、检测电压信号V_l和所述斜坡补偿信号V_comp； 

参考图2B所示的图2A所示的电流滞环控制电路的工作波形图，当所述检测电压信号V_l和所述斜坡补偿信号V_comp之和大于第一阈值V_th1时，控制信号V_ctrl由高电平变为低电平，关断开关器件电路201中的主功率开关管，并且复位补偿信号发生电路207即斜坡补偿信号V_comp降低至零，从而使得检测电压信号V_l以近似所述第一斜率持续下降；直至当所述检测电压信号V_l达到第二阈值V_th2时，恢复所述功率级电路210和所述斜坡信号发生电路207，即控制信号V_ctrl由低电平恢复为高电平，斜坡补偿信号V_comp从零按照第一斜率持续上升。 

可见，采用图2A所示的依据本发明实施例的电流滞环控制电路，当斜坡补偿信号V_comp的上升斜率和检测电压信号V_l的下降斜率相同时，通过斜坡补偿信号对检测电压信号的补偿作用，使得开关频率不会再受输入电压的影响，而维持基本不变，从而有效的稳定不同输入电压条件下的工作频率，并实现对输出负载的瞬态响应补偿，提高瞬态响应。 

根据开关器件电路201中的主功率开关管和整流管与电感202和电容203不同的连接方式，由开关器件电路201、电感202和电容203组成的功率级电路210可以为不同类型的直流-直流变换器拓扑结构，如降压型、升压-降压型、正激式和反激式等拓扑结构。 

以下详细说明依据本发明的电流滞环控制电路的第二实施例的工作原理。 

参考图3A所示的依据本发明的电流滞环电控制路的第二实施例的电路原理框图，为了方便说明，在该实施例中，以功率级电路为同步降压型拓扑结构为例进行说明，但功率级电路可以为任何合适类型的直流-直流变换器拓扑结构。 

在该实施例中，主功率开关管301、副功率开关管302、电感303和电容304组成一同步降压型拓扑结构，其输入端接收输入电压V_in，根据电流滞环电路输出的控制信号V_ctrl，逻辑驱动电路控制主功率开关管301和副功率开关管302的开关动作，以在输出电阻305两端获得一输出电压V_out。 

电流滞环控制电路中误差信号发生电路309采样输出电压V_out，并与基准电压源V_ref进行误差运算，其运算结果作为误差信号V_c，输入至控制信号发生电路，在此实施例中为输入至迟滞比较器312的同相输入端。其包括跨导运算放大器306，和有串联连接在跨导运算放大器306的输出端和地之间的电容307和电阻308组成的补偿电路，跨导运算放大器306的反相输入端接收输出电压V_out，同相输入端接收基准电压源V_ref。 

误差信号发生电路309除了可以采用图3A所示的实施方式外，还可以采用图3B所示的实施方式。在该实施方式中，误差信号发生电路309包括误差运算放大器306’，其反相输入端接收输出电压V_out，同相输入端接收基准电压源V_ref，和依次串联连接在误差运算放大器306’的反相输入端和输出端之间的电容307’和电阻308’组成的补偿电路。 

电流检测电路在该实施例中为一检测电阻310，其检测流过电感303的电感电流，并将其转换为检测电压信号V_l，并输入至控制信号发生电路，在此实施例中为输入至迟滞比较器312的第一反相输入端。 

补偿信号发生电路311输出的斜坡补偿信号的上升斜率与功率级电路的期望输出电压值成正比例关系，与输出电感303的电感值成反比例关系。 

$S_{\mathrm{slope}}=\frac{V_{\mathrm{out}\left(\mathrm{ref}\right)}}{L}\×k---\left(1\right)$

其中，S_slope为所述斜坡补偿信号的上升斜率，V_out(ref)为期望输出电压值、L为输出电感303的电感值，k为比例系数。 

在该实施例中，控制信号发生电路为迟滞比较器312，其第二反相输入端接收补偿信号发生电路311输出的斜坡补偿信号V_comp，第一反相输入端接收检测电压信号V_l，同相输入端接收误差信号V_c，并且具有一数值为_Vhys的门限宽度。因此，迟滞比较器312的上门限电压为V_c+V_hys，下门限电压为V_c。 

当所述检测电压信号V_l和所述斜坡补偿信号V_comp之和大于上门限电压为V_c+V_hys时，控制信号V_ctrl由高电平变为低电平，关断开关器件电路201中的主功率开关管301，并且开通副功率开关管302，并且复位补偿信号发生电路207即斜坡补偿信号V_comp降低至零，从而电感电流i_L通过副功率开关管302续流，使得检测电压信号Vl以近似所述第一斜率S_slope持续下降；直至当所述检测电压信号V_l达到下门限电压为V_c时，恢复所述功率级电路210和所述斜坡信号发生电路207，即控制信号V_ctrl由低电平恢复为高电平，导通开关器件电路201中的主功率开关管301，并且关断副功率开关管302，此时斜坡补偿信号V_comp从零按照第一斜率S_slope持续上升，检测电压信号V_l以持续上升直至所述检测电压信号V_l和所述斜坡补偿信号V_comp之和大于上门限电压为V_c+V_hys。周而复始电流滞环控制电路循环工作。 

参考图3C，所示为依据本发明的补偿信号发生电路的一实施例的电路原理框图。其包括由开关311-1和开关311-2组成的开关电路，以及电流源311-3和电容311-4。开关311-1、电流源311-3和电容311-4依次串联连接在电源V_DD和地之间，开关311-2与所述电容311-4并联连接。开关311-1和开关311-2可以为双极型或者功率MOSFET晶体管。 

开关311-1的开关动作由控制信号发生电路输出的控制信号V_ctrl控制，即其开关动作与主功率开关管301保持一致；开关311-2的开关动作由控制信号发生电路输出的控制信号V_ctrl的非信号 

控制，即其开关动作与副功率开关管302保持一致。当控制信号V_ctrl为高电平时，开关311-1闭合，电流源311-3对电容311-4进行充电。 

假设电流源311-3的电流值为I，电容311-4的电容值为C，则在充电过程中，电流源311-3和电容311-4的公共连接点A处的电压的上升斜率为： 

$S_1=\frac{1}{C}---\left(2\right)$

配置电流源311-3的电流值I和电容311-4的电容值C，可以保证充电电压的上升斜率S₁与斜率S_slope保持一致。A处的电压作为所述斜坡补偿信号V_comp。 

参考图3D，所示为依据本发明的补偿信号发生电路的另一实施例的电路原理框图。其包括由开关311-10和开关311-11组成的开关电路，由电阻311-5、误差放大器311-6和晶体管311-7组成的电流源，电流镜311-8以及电容311-12。 

电阻311-5的一端接收输出电压V_out，另一端连接至误差放大器311-6的同相输入端。误差放大器311-6的反相输入端连接一基准电压源V_refl；输出端连接至晶体管311-7的栅极。晶体管311-7的源极连接至误差放大器311-6的同相输入端，与电阻311-5的公共连接点为B点，从而在漏极侧产生一定的电流，其数值为： 

$i_S=\frac{V_{\mathrm{out}}-V_{\mathrm{ref}1}}{R_S}---\left(3\right)$

其中，R_S为电阻311-5的电阻值。 

电流镜311-8接收晶体管311-7的漏极电流i_S，从而产生一定的充电电流，其数值为： 

i_CHG＝k×i_S        (4) 

晶体管311-11的漏极接地，源极连接至晶体管311-10的漏极；晶体管311-10的源极连接至电流镜311-8，漏极与电容311-12的一端连接至公共连接点C，电容311-12的另一端连接至地。 

晶体管311-10的开关动作由控制信号发生电路输出的控制信号V_ctrl控制，即其开关动作与主功率开关管301保持一致；晶体管311-11的开关动作由控制信号发生电路输出的控制信号V_ctrl的非信号 

控制，即其开关动作与副功率开关管302保持一致。当控制信号V_ctrl为高电平时，晶体管311-10闭合，充电电流i_CHG对电容311-12进行充电，从而在C点获得一充电电压。 

则在充电过程中，公共连接点C处的电压的上升斜率为： 

$S_2=\frac{I}{C}=\frac{(V_{\mathrm{out}}-V_{\mathrm{ref}1})\×k}{R_S\×C}---\left(5\right)$

通过配置基准电压V_refl，调整电阻R_S的电阻值，可以使得上升斜率S₂与检测电压信号的下降斜率S_slope保持一致。C处的电压作为所述斜坡补偿信号V_comp。 

对于集成电路的应用，用户可以通过调整外部电阻311-5的电阻值来实现对斜坡补偿信号的上升斜率的设置，实现方便灵活。 

可见，采用图3A所示的依据本发明实施例的电流滞环控制电路，由于斜坡补偿信号V_comp的上升斜率和检测电压信号V_l的下降斜率基本相同，从而通过斜坡补偿信号对检测电压信号的补偿作用，使得开关频率不会再受输入电压的影响，而维持基本不变，从而有效的稳定不同输入电压条件下的工作频率，并实现对输出负载的瞬态响应补偿，提高瞬态响应。 

对于电流的检测，在该实施例中是通过检测电感电流的方式来获得，但是检测流过主功率开关管和副功率开关管的电流也可以实现检测电流并获取电流信息的目的。 

补偿信号发生电路可以为任何合适结构的斜坡信号发生电路，以保证斜坡补偿信号V_comp的上升斜率和检测电压信号V_l的下降斜率基本相同，而不仅仅局限于图3C和3D所示的实施例。 

以降压型直流-直流变换器为例，对于某些场合，当输入电压V_in和输出电压V_out相差较小时，如图4所示的电流滞环控制电路的工作波形图，此时控制信号V_ctrl的占空比较大，检测电压V_l的纹波较小，因此容易受干扰，而变得不稳定。此时可以在不会影响工作性能的前提下，适当降低工作频率的方法来改善此时的工作性能。 

因此，可以增加一箝位电路，以当斜坡补偿信号到达一定值时，对斜坡补偿信号进行箝位，从而给检测电压信号以足够的时间来继续上升，使得检测电压信号的纹波增加，使其不易于受干扰，稳定性增强。 

参考图5A，所示为依据本发明的具有箝位功能的补偿信号发生电路的一实施例的电路原理框图。 

在图3C所示的补偿信号发生电路的实施例的基础上，增加了箝位电路502，其具有一箝位电压V_clamp，当电流源311-3和电容311-4的公共连接点即A点处的电压高于所述箝位电压V_clamp时，将其箝位至箝位电压直至控制信号V_ctrl变为翻转即由高电平变为低电平。箝位电路502可以为一比较器501，其同相输入 端与A点连接，反相输入端接收箝位电压V_clamp，输出端和控制信号V_ctrl分别输入至或门503，或门503的输出信号控制功率开关管311-1的开关动作。 

将图5A所示的具有箝位电路的补偿信号发生电路替换图2A以及图3A所示的电流滞环控制电路中的补偿信号发生电路，可以组成具有箝位功能的电流滞环控制电路。 

参考图5B所示的具有图5A所示的箝位电路的补偿信号发生电路的电流滞环控制电路的工作波形图。 

当所述斜坡补偿信号V_comp大于一预设值V_clamp时，将所述斜坡补偿信号箝位至所述预设值V_clamp，然后保持斜坡补偿信号不变，直至所述检测电压信号V_l和所述斜坡补偿信号V_comp之和达到所述第一阈值V_thl即上门限电压，关断开关器件电路201中的主功率开关管301，并且开通副功率开关管302，控制信号V_ctrl由高电平变为低电平，并且复位补偿信号发生电路207即斜坡补偿信号V_comp降低至零，从而电感电流i_L通过副功率开关管302续流，使得检测电压信号V_l以近似所述第一斜率S_slope持续下降；直至当所述检测电压信号V_l达到第二阈值即下门限电压为V_c时，恢复所述功率级电路210和所述斜坡信号发生电路207，即控制信号V_ctrl由低电平恢复为高电平，导通开关器件电路201中的主功率开关管301，并且关断副功率开关管302，此时斜坡补偿信号V_comp从零按照第一斜率S_slope持续上升，检测电压信号V_l持续上升。周而复始电流滞环控制电路循环工作。 

与图4对应的采用箝位电路后的电流滞环控制电路的工作波形图相比较，具有箝位电路的电流滞环控制电路的检测电压信号的纹波增加，相应的开关周期变长，工作频率降低。当检测电压信号的纹波满足箝位电路的要求，不再需要进行箝位时，则恢复所述相对固定的工作频率。 

所述箝位电压的数值可以根据功率级电路的参数进行设置，以保证检测电压纹波即电感电流纹波能够满足稳定性的要求。 

参考图5C，所示为依据本发明的具有箝位功能的补偿信号发生电路的另一实施例的电路原理框图。 

在图3D所示的补偿信号发生电路的实施例的基础上，增加了箝位电路508，其包括比较器504，单脉冲发生电路507、触发器505和或门506。其中，比较 器504的同相输入端连接至晶体管311-10和电容311-12的公共连接点即C点，反相输入端接收箝位电压V_clamp，输出端连接单脉冲发生电路507；RS触发器505的置位端接收单脉冲发生电路507的输出信号，复位端接收所述控制信号V_ctrl，第一输出端的输出信号控制晶体管311-10的开关动作；或门506的两个输入端分别接收RS触发器的第二输出端的输出信号和控制信号的非信号 

或门506的输出信号控制晶体管311-12的开关动作。 

当所述斜坡补偿信号V_comp大于一预设值V_clamp时，将所述斜坡补偿信号箝位至所述预设值V_clamp，然后保持斜坡补偿信号不变，单脉冲发生电路507产生一单脉冲信号，以和控制信号一起控制开关311-10和开关311-11的开关动作。其工作过程与图5A所示的工作过程类似，在此不再赘述。 

以下详细说明依据本发明的电流滞环控制方法。 

参考图6，所述为依据本发明的电流滞环控制方法的一实施例的流程图。其包括以下步骤：

S601：检测功率级电路中的电流，以获得一检测电压信号； 

所述检测电压信号具有上升阶段和下降阶段，并且在下降阶段所述检测电压信号以近似第一斜率持续下降； 

S602：检测功率级电路的输出电压，并与一基准电压源进行比较，以获得一误差信号；

S603：在检测电压信号上升时间段内，产生一上升斜率为所述第一斜率的斜坡补偿信号； 

S604：计算所述检测电压信号和所述补偿信号之和； 

S605：判断所述检测电压信号和所述斜坡补偿信号之和与第一阈值之间的大小关系； 

S606：当所述检测电压信号和所述斜坡补偿信号之和大于第一阈值时，检测电压信号以近似所述第一斜率持续下降，并且，所述斜坡补偿信号复位；反之，检测电压信号和斜坡补偿信号持续上升； 

S607：判断检测所述检测电压信号和第二阈值之间的大小关系； 

S608：当所述检测电压信号达到第二阈值时，恢复所述检测电压信号和所述斜坡补偿信号；反之，检测电压信号持续下降，斜坡补偿信号持续为零。 

其中，所述第一斜率与所述功率级电路的期望输出电压值成正比例关系，与功率级电路中的输出电感成反比例关系。 

为了防止检测电压信号纹波太小，使得变换器容易受干扰而稳定性减弱的情形发生，可以在步骤S603之后，增加一箝位操作，当所述斜坡补偿信号大于一预设值时，将所述斜坡补偿信号箝位至所述预设值，直至所述检测电压信号和所述补偿信号之和达到所述第一阈值。 

其中，可以通过检测功率级电路中的输出电感或者主功率开关管或者整流管的电流来获得所述检测电压信号。 

进一步的，通过在检测电压信号上升时间段内，利用一电流源对一电容持续充电，获得所述上升斜率为所述第一斜率的斜坡补偿信号。 

进一步的，所述第一阈值与所述误差信号相等，所述第二阈值为所述误差信号和一固定值之和。 

以下结合附图详细说明依据本发明的具有改进的电流滞环控制的直流-直流变换器。 

参考图7，所示为依据本发明一实施例的具有改进的电流滞环控制的直流-直流变换器的原理框图。 

所述直流-直流变换器包括功率级电路701、电流滞环控制电路706和逻辑和驱动电路707。 

所述电流滞环控制电路706的第一输入端与所述功率级电路的输出端连接，用以接收所述功率级电路的输出电压V_out；第二输入端接收所述功率级电路的电流信息；从而根据所述功率级电路的输出电压、电流信息以及一内部的斜坡补偿信号，在其输出端产生相应的控制信号V_ctrl输入至所述逻辑和驱动电路707； 

所述逻辑和驱动电路707分别与所述电流滞环控制电路706和所述功率级电路701连接，用以接收所述控制信号V_ctrl，以产生相应的驱动信号，以驱动功率级电路中的功率开关管702的开关动作，从而有效的稳定不同输入电压条件下的工作频率，并实现对输出负载的瞬态响应补偿，提高瞬态响应。 

需要说明的是，本发明各个实施例间名称相同的器件功能也相同，且改进行性的实施例可分别与上述多个相关实施例进行结合，但说明时仅已在上一实施例的基础上举例说明。本领域技术人员在本发明实施例公开的电路的基础上所做的相关的改进，也在本发明实施例的保护范围之内。 

以上对依据本发明的优选实施例的电流滞环控制电路和电流滞环控制方法进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。例如开关可以为双极型或者功率MOSFET晶体管；逻辑电路及其逻辑关系可以为任何合适的电流结构；补偿信号发生电路可以为任何合适的电路，其电流源可以为任何合适的来源。 

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。 

Claims (18)

1.一种电流滞环控制电路，用以控制一功率级电路以产生一定的输出电压，其特征在于，包括，误差信号发生电路、电流检测电路、补偿信号发生电路和控制信号发生电路，其中，

所述误差信号发生电路，与所述功率级电路的输出连接，用以接收所述功率级电路的输出电压和一基准电压，并产生一误差信号；

所述电流检测电路，用以检测功率级电路中的电流，以产生表征所述功率级电路中的电流信息的检测电压信号，其具有上升阶段和下降阶段；

所述补偿信号发生电路，用以在检测电压信号上升时间段内产生一上升斜率为第一斜率的斜坡补偿信号；

所述控制信号发生电路，具有第一阈值和第二阈值，用以接收所述误差信号、检测电压信号和所述斜坡补偿信号；

当所述检测电压信号和所述斜坡补偿信号之和大于第一阈值时，关断所述功率级电路中的主功率开关管，并且复位补偿信号发生电路，从而使得检测电压信号以近似所述第一斜率持续下降；直至所述检测电压信号达到第二阈值时，恢复所述功率级电路和所述斜坡信号发生电路。

2.根据权利要求1所述的电流滞环控制电路，其特征在于，所述第一斜率与所述功率级电路的期望输出电压值成正比例关系，与所述功率级电路中的输出电感的电感值成反比例关系。

3.根据权利要求1所述的电流滞环控制电路，其特征在于，当所述斜坡补偿信号大于一预设值时，将所述斜坡补偿信号箝位至所述预设值，直至所述检测电压信号和所述斜坡补偿信号之和达到所述第一阈值时，关断所述功率级电路中的主功率开关管，并且复位补偿信号发生电路，从而使得检测电压信号以近似所述第一斜率持续下降；直至所述检测电压信号到达第二阈值时，恢复所述功率级电路和所述斜坡信号发生电路。

4.根据权利要求1所述的电流滞环控制电路，其特征在于，所述控制信号发生电路为一迟滞比较器，其第一输入端接收所述误差信号，第二输入端接收所述检测电压信号，第三输入端接收斜坡补偿信号，并且，所述误差信号作为所述第二阈值，所述误差信号和所述迟滞比较器的门限宽度之和作为所述第一阈值。

5.根据权利要求1所述的电流滞环控制电路，其特征在于，所述补偿信号发生电路为由第一电流源和第一电容组成的电容充放电电路，还包括第一开关和第二开关组成的开关电路，所述第一开关的开关动作与主功率开关管一致，所述第二开关的开关动作与第一开关的开关动作互补，以在主功率开关管导通期间，产生所述斜坡补偿信号，所述电流源的电流值和所述电容的电容值保证所述斜坡补偿信号的上升斜率与所述第一斜率保持一致。

6.根据权利要求3所述的电流滞环控制电路，其特征在于，所述补偿信号发生电路为由第二电流源和第二电容组成的电容充放电电路，还包括第三开关和第四开关组成的开关电路和一箝位电路；

其中，所述第三开关的开关动作与主功率开关管一致，所述第四开关的开关动作与第一开关的开关动作互补；

所述箝位电路具有与所述预设值相同的箝位电压，与所述电容充放电电路连接，以在主功率开关管导通期间，产生所述斜坡补偿信号；并且当斜坡补偿信号大于所述箝位电压值时，将其箝位至所述箝位电压。

7.根据权利要求1所述的电流滞环控制电路，其特征在于，所述电流检测电路与所述功率级电路中的输出电感连接，用以接收流过所述输出电感的电流。

8.根据权利要求1所述的电流滞环控制电路，其特征在于，所述电流检测电路与所述功率级电路中的主功率开关管和整流管连接，以相应的接收流过主功率开关管和整流管的电流。

9.根据权利要求1所述的电流滞环控制电路，其特征在于，所述误差信号发生电路进一步包括跨导放大器、第一基准电压源和第一补偿电路，其中，跨导放大器的第一输入端接收所述输出电压，第二输入端连接所述基准电压源，输出端连接所述补偿电路，以在输出端产生所述误差信号。

10.根据权利要求1所述的电流滞环控制电路，其特征在于，所述误差信号发生电路进一步包括运算放大器、第二基准电压源和第二补偿电路，其中，运算放大器的第一输入端接收所述输出电压，第二输入端连接所述第二基准电压源，输出端和第一输入端之间连接所述补偿电路，以在输出端产生所述误差信号。

11.根据权利要求1所述的电流滞环控制电路，其特征在于，所述功率级电路为降压型拓扑结构、升压-降压型拓扑结构、正激式拓扑结构或者反激式拓扑结构。

12.一种电流滞环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测功率级电路中的电流，以获得一检测电压信号，其具有上升阶段和下降阶段；

检测功率级电路的输出电压，并与一基准电压源进行比较，以获得一误差信号；

在检测电压信号上升时间段内，产生一上升斜率为所述第一斜率的斜坡补偿信号；

计算所述检测电压信号和所述补偿信号之和；

当所述检测电压信号和所述斜坡补偿信号之和大于第一阈值时，所述检测电压信号以近似所述第一斜率持续下降，并且，所述斜坡补偿信号复位；

检测所述检测电压信号和第二阈值；

当所述检测电压信号达到第二阈值时，恢复所述检测电压信号和所述斜坡补偿信号。

13.根据权利要求12所述的电流滞环控制方法，其特征在于，所述第一斜率与所述功率级电路的期望输出电压值成正比例关系，与功率级电路中的输出电感成反比例关系。

14.根据权利要求12所述的电流滞环控制方法，其特征在于，当所述斜坡补偿信号大于一预设值时，将所述斜坡补偿信号箝位至所述预设值，直至所述检测电压信号和所述补偿信号之和达到所述第一阈值。

15.根据权利要求12所述的电流滞环控制方法，其特征在于，进一步包括，检测功率级电路中的输出电感或者主功率开关管和整流管的电流来获得所述检测电压信号。

16.根据权利要求12所述的电流滞环控制方法，其特征在于，进一步包括，在检测电压信号上升时间段内，电流源对电容持续充电，获得所述上升斜率为所述第一斜率的斜坡补偿信号。

17.根据权利要求12所述的电流滞环控制方法，其特征在于，所述第一阈值与所述误差信号相等，所述第二阈值为所述误差信号和一固定值之和。

18.一种直流-直流变换器，其特征在于，包括权利要求1-11所述的任一电流滞环控制电路，还包括，逻辑和驱动电路和功率级电路，其中，

所述电流滞环控制电路的第一输入端与所述功率级电路的输出端连接，用以接收所述功率级电路的输出电压；第二输入端接收所述功率级电路的电流信息；以在输出端产生相应的控制信号输入至所述逻辑和驱动电路；

所述逻辑和驱动电路分别与所述电流滞环控制电路和所述功率级电路连接，用以接收所述控制信号，以产生相应的驱动信号，以驱动功率级电路中的功率开关管的开关动作。

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