CN104991597A - 峰值电流控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种峰值电流控制电路，本发明基于峰值电流的控制模式，通过检测补偿模块中的充放电情况来判断是否存在输入电压或负载动态变化，若存在输入电压或负载动态变化，则先保持压控电流源恒定，待达到稳态后，则调节压控电流源的大小以实现变频工作，改善系统响应，再次达到稳态后，压控电流源动态恒定；本发明能够根据输入电压或负载动态变化，自适应调整开关频率，以改善动态响应并降低功耗。

Description

峰值电流控制电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种峰值电流控制电路。
背景技术
在电压调节器、LED驱动电路等应用场合中，需要相应的控制电路来控制功率开关管的通断，以获得相应的输出。现有技术的定频峰值电流控制电路，通过对输出电压进行采样，再与相应的参考电压进行误差处理，得到反馈补偿信号，将反馈补偿信号与电感电流值进行比较，得到比较结果并与时钟信号一起用于产生控制主功率开关管的占空比信号。
由于上述现有技术基于定频控制，但众所周知，在输入电压或负载动态变化时，若仍保持原有定频工作，不仅系统响应较差，同时也会增加功耗。例如，在轻载条件下，所需要功耗会比正常工作下要小，通过降低开关频率可以降低电路的能量输出，以达到节能的目的。因此，针对上述定频峰值电流控制电路，无法实现输入电压或负载动态变化的变频工作，功耗较高，若直接进入变频工作，则由于斜坡补偿也会随即相应变化，导致系统响应较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种峰值电流控制电路，用以解决现有技术存在的无法实现输入电压或负载动态变化的变频工作的技术问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的峰值电流控制电路，应用于功率级电路的控制，包括：
反馈补偿电路，用于对输出电压进行采样，得到电压采样信号，所述的电压采样信号与第一参考电压进行误差处理，由反馈补偿电路中的补偿模块对误差处理结果进行补偿，得到反馈补偿信号；
峰值电流比较电路，用于采样电感电流，得到电流采样信号，所述的电流采样信号与所述反馈补偿信号进行比较，得到用于关断功率级电路中主功率开关管的关断信号；
时钟电路，用于产生开通功率级电路中主功率开关管的开通信号，所述的开通信号决定了主功率开关管开关频率；在输入电压或负载动态变化时，开通信号的频率不变，待达到稳态后，则改变开通信号的频率以适应输入电压或负载动态的变化。
优选地，所述的时钟电路包括置位信号产生电路和复位信号产生电路，所述的置位信号产生电路包括第一充放电电路，所述的第一充放电电路产生第一斜坡信号，所述第一斜坡信号与第二参考电压进行比较以产生置位信号；所述的复位信号产生电路包括第二充放电电路，所述的第二充放电电路产生第二斜坡信号，所述第二斜坡信号与第三参考电压进行比较以产生复位信号，根据置位信号和复位信号产生所述开通信号。
优选地，所述的第二充放电电路包括相互并联的第一恒流源、第一电容、第一开关和压控电流源，在输入电压或负载动态变化时，保持压控电流源恒定，待达到稳态后，则调节压控电流源的大小以实现变频工作，再次达到稳态后，压控电流源动态恒定。
优选地，根据所述电压采样信号与第一参考电压的误差处理结果，对补偿模块中的补偿电容充放电，通过检测充放电电流是否达到阈值来判断是否存在输入电压或负载动态变化。
优选地，所述的补偿模块包括补偿电容和第一电阻，补偿电容与第一电阻串联，检测第一电阻两端的压差以检测充放电电流是否达到阈值。
优选地，所述的峰值电流控制电路还包括用于检测第一电阻两端压差的压差检测电路，所述的压差检测电路包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器的两个输入端和第二比较器的两个输入端均连接在第一电阻的两端，并在第一比较器的其中一个输入端和第二比较器的其中一个输入端分别叠加压差阈值，所述的第一比较器用于判断第一电阻的第一端与第二端的差值是否达到压差阈值，所述的第二比较器用于判断第一电阻的第二端与第一端的差值是否达到压差阈值。
优选地，所述的第一比较器的输出端和第二比较器的输出端分别接入或门的两个输入端，由或门的输出端输出判断结果信号。
优选地，所述的压控电流源由压控电流源产生电路产生，所述的压控电流源产生电路包括比较器和电流镜像模块，将反馈补偿信号和第四参考电压分别输入误差放大器的两个输入端，误差放大器的输出端与电流镜像模块连接，所述的电流镜像模块包括第一晶体管和第二晶体管，第二晶体管是第一晶体管的镜像，流经二者的电流成比例关系。
优选地，在第一晶体管和第二晶体管之间连接有模式切换开关，所述的模式切换开关的控制端接收判断结果信号。
优选地，比较器的输出端连接在第一晶体管栅极，所述第一晶体管的栅极与漏极连接，第一晶体管的源极与第二晶体管的源极连接，第一晶体管的的栅极与第二晶体管的栅极连接，第二晶体管的漏极和源极并联在第一恒流源的两端。
采用本发明的电路结构，与现有技术相比，具有以下优点：本发明基于峰值电流的控制模式，通过检测补偿模块中的充放电情况来判断是否存在输入电压或负载动态变化，若存在输入电压或负载动态变化，则先保持压控电流源恒定，待达到稳态后，则调节压控电流源的大小以实现变频工作，改善系统响应，再次达到稳态后，压控电流源动态恒定；本发明能够根据输入电压或负载动态变化，自适应调整开关频率，以改善动态响应并降低功耗。
附图说明
图1为本发明峰值电流控制电路的电路结构图；
图2为时钟电路的结构示意图；
图3为压控电流源的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的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神和范围上做的替代、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。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图1所示，示意了本发明的一种基本电路结构，其应用于功率级电路的控制，反馈补偿电路、峰值电流比较电路和时钟电路，所述的反馈补偿电路包括电压采样电路、误差处理模块和补偿模块，所述的电压采样电路包括由电阻R1和电阻R2组成的分压电路，由分压电路对输出电压Vout进行采样，得到电压采样信号FB。误差处理模块包括误差放大器gm1，所述的电压采样信号FB与第一参考电压Vref1分别输入误差放大器gm1的两个输入端，进行误差处理。所述的补偿模块连接在误差放大器gm1的输出端，包括电容CP、电容CZ和第一电阻RZ，电容CZ和第一电阻RZ串联，串联后的电容CZ和第一电阻RZ与电容CP并联，由补偿模块对误差处理结果进行补偿，得到反馈补偿信号Vcomp。
峰值电流比较电路，用于采样电感电流，得到电流采样信号Isen，所述的电流采样信号Isen与所述反馈补偿信号Vcomp进行比较(由比较器COMP3实现)，得到用于关断功率级电路中主功率开关管的关断信号Voff。为了消除主功率开关管占空比大于50％的情况下可能存在的次谐波振荡，则对电流采样信号Isen作斜坡补偿，即在电流采样信号Isen上叠加斜坡信号Slope2后与反馈补偿信号Vcomp进行比较。
时钟电路，用于产生开通功率级电路中主功率开关管的开通信号Von，所述的开通信号Von决定了主功率开关管开关频率；在输入电压或负载动态变化时，开通信号Von的频率不变，待达到稳态后，则改变开通信号Von的频率以适应输入电压或负载动态的变化。
将开通信号Von和关断信号Voff分别输入触发器的置位端和复位端，用于产生控制主功率开关管的占空比信号D。
图1中还示意了用于检测第一电阻两端压差的压差检测电路，所述的压差检测电路包括第一比较器COMP1和第二比较器COMP2，所述第一比较器COMP1的两个输入端和第二比较器COMP2的两个输入端均连接在第一电阻RZ的两端，并在第一比较器COMP1的其中一个输入端和第二比较器COMP2的其中一个输入端分别叠加压差阈值Vth，所述的第一比较器COMP1用于判断第一电阻RZ的第一端与第二端的差值是否达到压差阈值Vth，所述的第二比较器COMP2用于判断第一电阻RZ的第二端与第一端的差值是否达到压差阈值Vth。所述的第一比较器COMP1的输出端和第二比较器COMP2的输出端分别接入或门的两个输入端，由或门的输出端输出判断结果信号Vmode。
参考图2所示，示意了时钟电路的具体电路结构。所述的时钟电路包括置位信号产生电路和复位信号产生电路，所述的置位信号产生电路包括第一充放电电路，所述的第一充放电电路产生第一斜坡信号Slope1，所述第一斜坡信号Slope1与第二参考电压Vref2进行比较(由比较器COMP4实现)以产生置位信号VS；所述的复位信号产生电路包括第二充放电电路，所述的第二充放电电路产生第二斜坡信号Slope2，所述第二斜坡信号Slope1与第三参考电压Vref3进行比较(由比较器COMP5实现)以产生复位信号VR，根据置位信号VS和复位信号VR经触发器产生所述开通信号Von，触发器的输出端信号分别作为第一充放电电路和第二充放电电路中开关的控制信号。
所述的第二充放电电路包括相互并联的第一恒流源I1、第一电容C1、第一开关M1和压控电流源gVc，在输入电压或负载动态变化时，保持压控电流源gVc恒定，待达到稳态后，则调节压控电流源gVc的大小以实现变频工作，再次达到稳态后，压控电流源gVc动态恒定。
参考图3所示，示意了压控电流源产生电路的电路结构。所述的压控电流源gVc由压控电流源产生电路产生，所述的压控电流源产生电路包括比较器COMP6和电流镜像模块，将反馈补偿信号Vcomp和第四参考电压Vref4分别输入比较器COMP6的两个输入端，比较器COMP6的输出端与电流镜像模块连接，所述的电流镜像模块包括第一晶体管M3和第二晶体管M4，第二晶体管M4是第一晶体管M3的镜像，流经二者的电流成比例关系。
比较器COMP6的输出端连接在第一晶体管M3栅极，所述第一晶体管M3的栅极与漏极连接，第一晶体管M3的源极与第二晶体管M4的源极连接，第一晶体管M3的的栅极与第二晶体管M4的栅极连接，第二晶体管M4的漏极和源极并联在第一恒流源I1的两端。
在第一晶体管M3和第二晶体管M4之间连接有模式切换开关M5，所述的模式切换开关M5的控制端接收判断结果信号Vmode。
当反馈补偿信号Vcomp于第四参考电压Vref4，比较器COMP6输出为0，M3和M4都关断。时钟电路的最大频率由I1，C1和Vref3决定。当反馈补偿信号Vcomp小于第四参考电压Vref4，比较器的输出电压大小等于Vcomp和Vref4的差值乘以比较器的放大倍数。第一晶体管M3的栅极和漏极接在一起，工作在MOSFET的饱和区，M3的栅极电压与漏极电流满足公式ids＝gm*Vds，其中gm为MOSFET的跨导。M4是M3的镜像MOSFET，同样工作在饱和区，M4和M3的栅极电压相同，所以M4和M3的漏极电流是成比例的。Vcomp越小，流过M4的电流越大，时钟电路频率越低，开关频率的就越低。
当输入电压或者负载动态变化时，电容CZ会充电或者放电，充放电电流足够大时第一比较器或第二比较器会翻转，断开M4的栅极，则M4的栅极电压不变，流过M4的电流不会随Vcomp的变化而变化，从而使时钟电路频率固定，不会降频。待输入或者负载稳定后再进入变频模式，改善系统的响应。相对于现有技术的发生输入电压或者负载动态变化时随机进行变频工作，本发明的系统响应明显优于现有技术。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种峰值电流控制电路，应用于功率级电路的控制，包括：
反馈补偿电路，用于对输出电压进行采样，得到电压采样信号，所述的电压采样信号与第一参考电压进行误差处理，由反馈补偿电路中的补偿模块对误差处理结果进行补偿，得到反馈补偿信号；
峰值电流比较电路，用于采样电感电流，得到电流采样信号，所述的电流采样信号与所述反馈补偿信号进行比较，得到用于关断功率级电路中主功率开关管的关断信号；
时钟电路，用于产生开通功率级电路中主功率开关管的开通信号，所述的开通信号决定了主功率开关管开关频率；在输入电压或负载动态变化时，开通信号的频率不变，待达到稳态后，则改变开通信号的频率以适应输入电压或负载动态的变化。
2.根据权利要求1所述的峰值电流控制电路，其特征在于：所述的时钟电路包括置位信号产生电路和复位信号产生电路，所述的置位信号产生电路包括第一充放电电路，所述的第一充放电电路产生第一斜坡信号，所述第一斜坡信号与第二参考电压进行比较以产生置位信号；所述的复位信号产生电路包括第二充放电电路，所述的第二充放电电路产生第二斜坡信号，所述第二斜坡信号与第三参考电压进行比较以产生复位信号，根据置位信号和复位信号产生所述开通信号。
3.根据权利要求2所述的峰值电流控制电路，其特征在于：所述的第二充放电电路包括相互并联的第一恒流源、第一电容、第一开关和压控电流源，在输入电压或负载动态变化时，保持压控电流源恒定，待达到稳态后，则调节压控电流源的大小以实现变频工作，再次达到稳态后，压控电流源动态恒定。
4.根据权利要求1所述的峰值电流控制电路，其特征在于：根据所述电压采样信号与第一参考电压的误差处理结果，对补偿模块中的补偿电容充放电，通过检测充放电电流是否达到阈值来判断是否存在输入电压或负载动态变化。
5.根据权利要求4所述的峰值电流控制电路，其特征在于：所述的补偿模块包括补偿电容和第一电阻，补偿电容与第一电阻串联，检测第一电阻两端的压差以检测充放电电流是否达到阈值。
6.根据权利要求5所述的峰值电流控制电路，其特征在于：所述的峰值电流控制电路还包括用于检测第一电阻两端压差的压差检测电路，所述的压差检测电路包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器的两个输入端和第二比较器的两个输入端均连接在第一电阻的两端，并在第一比较器的其中一个输入端和第二比较器的其中一个输入端分别叠加压差阈值，所述的第一比较器用于判断第一电阻的第一端与第二端的差值是否达到压差阈值，所述的第二比较器用于判断第一电阻的第二端与第一端的差值是否达到压差阈值。
7.根据权利要求6所述的峰值电流控制电路，其特征在于：所述的第一比较器的输出端和第二比较器的输出端分别接入或门的两个输入端，由或门的输出端输出判断结果信号。
8.根据权利要求3所述的峰值电流控制电路，其特征在于：所述的压控电流源由压控电流源产生电路产生，所述的压控电流源产生电路包括比较器和电流镜像模块，将反馈补偿信号和第四参考电压分别输入误差放大器的两个输入端，误差放大器的输出端与电流镜像模块连接，所述的电流镜像模块包括第一晶体管和第二晶体管，第二晶体管是第一晶体管的镜像，流经二者的电流成比例关系。
9.根据权利要求8所述的峰值电流控制电路，其特征在于：在第一晶体管和第二晶体管之间连接有模式切换开关，所述的模式切换开关的控制端接收判断结果信号。
10.根据权利要求9所述的峰值电流控制电路，其特征在于：比较器的输出端连接在第一晶体管栅极，所述第一晶体管的栅极与漏极连接，第一晶体管的源极与第二晶体管的源极连接，第一晶体管的的栅极与第二晶体管的栅极连接，第二晶体管的漏极和源极并联在第一恒流源的两端。
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