CN105207481B - 一种环路补偿电路及开关电源电路 - Google Patents

一种环路补偿电路及开关电源电路 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种环路补偿电路及开关电源电路，其中环路补偿电路可包括：电压检测电路、控制芯片和RC电路，所述电压检测电路与电压生成电路连接，用于检测所述电压生成电路的输出电压的变化；所述控制芯片分别与所述电压检测电路和所述RC电路相连接，用于检测所述环路补偿电路的响应速度并根据所述环路补偿电路的响应速度和所述输出电压的变化调整所述RC电路的参数，以调整所述环路补偿电路的响应速度。采用本发明实施例，可实时调整环路补偿电路的响应速度，有效减小或消除纹波，提高输出电压的稳定性。

Description

一种环路补偿电路及开关电源电路
技术领域
本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种环路补偿电路及开关电源电路。
背景技术
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。通常开关电源中采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)模式，并通过环路补偿来使输出电压保持稳定，以减少纹波的产生。
现有的开关电源中，通常设置环路补偿电路来对输出电压进行固定补偿。然而实际应用中，输入电压或负载一般是时刻变化的，由此导致输出电压也时刻发生变化，若采用固定补偿，补偿的速度与输出电压的变化速度不一致，不仅不能减少纹波的产生，反而可能导致输出电压产生尖刺，加剧输出电压的不稳定性。
发明内容
本发明实施例提供一种环路补偿电路及开关电源电路，可实时调整环路补偿电路的响应速度，有效减小或消除纹波，提高输出电压的稳定性。
本发明实施例第一方面提供一种环路补偿电路，可包括电压检测电路、控制芯片和RC电路，其中：
所述电压检测电路与电压生成电路连接，用于检测所述电压生成电路的输出电压的变化；
所述控制芯片分别与所述电压检测电路和所述RC电路相连接，用于检测所述环路补偿电路的响应速度并根据所述环路补偿电路的响应速度和所述输出电压的变化调整所述RC电路的参数，以调整所述环路补偿电路的响应速度。
在一些可行的实施方式中，所述RC电路包括电阻电路、电容电路以及开关电路，其中：
所述开关电路分别与所述控制芯片、所述电阻电路和所述电容电路相连，用于根据所述控制芯片输出的控制信号导通或关断，以调整所述电阻电路的阻值和所述电容电路的容值。
在一些可行的实施方式中，所述电阻电路包括至少两个电阻，所述电容电路包括至少两个电容，所述开关电路包括至少两个开关管；
所述至少两个电阻中至少一个电阻与所述开关电路中的至少一个开关管串联或并联；所述至少两个电容中至少一个电容与所述开关电路中的至少一个开关管串联或并联。
在一些可行的实施方式中，所述控制芯片包括控制电路和PWM输出电路，其中：
所述控制电路与所述电压检测电路、所述RC电路和所述PWM输出电路连接，用于检测所述环路补偿电路的响应速度，并根据所述环路补偿电路的响应速度和所述输出电压的变化，控制所述PWM输出电路输出的脉冲宽度调制PWM信号；
所述PWM输出电路包括至少两个PWM输出端，所述至少两个PWM输出端与所述至少两个开关管连接，用于分别向所述至少两个开关管输出PWM信号，以控制所述至少两个开关管导通或关断。
在一些可行的实施方式中，所述电阻电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，其中：
所述第一电阻与所述第一开关管并联后与串接在所述控制电路和所述第二电阻的一端之间；
所述第三电阻与所述第二开关管串接在所述控制电路和所述第二电阻的另一端之间；
所述第一开关管和所述第二开关管分别与所述至少两个PWM输出端相连。
在一些可行的实施方式中，
所述电阻电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，其中：
所述第一电阻与所述第一开关管并联后与串接在所述控制电路和所述第二电阻的一端之间；
所述第三电阻与所述第二开关管串接在所述控制电路和所述第二电阻的另一端之间；
所述第一开关管和所述第二开关管分别与所述至少两个PWM输出端相连。
在一些可行的实施方式中，所述电容电路包括第一电容、第二电容和第三电容，所述开关电路包括第三开关管和第四开关管，其中：
所述第一电容与所述第三开关管并联后串接在所述控制芯片和所述第二电容的一端之间；
所述第三电容与所述第四开关管串接在所述控制芯片和所述第二电容的另一端之间。
在一些可行的实施方式中，所述至少两个PWM输出端包括第三PWM输出端和第四PWM输出端，所述第三开关管和所述第四开关管为MOS管；
所述第三开关管的栅极连接所述第三PWM输出端，所述第三开关管的源级和漏极连接所述第一电容两端；
所述第一电容的一端接地，另一端连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接所述第三电容的一端和所述电阻电路；
所述第四开关管的栅极连接所述第四PWM输出端，所述第四开关管的源级接地，所述第四开关管的漏极连接所述第三电容的另一端。
在一些可行的实施方式中，所述电压检测电路为微分电路。
本发明实施例第二方面提供一种开关电源电路，所述开关电源电路可包括电压生成电路和如第一方面所述的环路补偿电路。
本发明实施例中，环路补偿电路包括电压检测电路、控制芯片和RC电路，其中电压检测电路与电压生成电路连接，用于检测所述电压生成电路的输出电压的变化；控制芯片分别与所述电压检测电路和所述RC电路相连接，用于检测所述环路补偿电路的响应速度并根据所述环路补偿电路的响应速度和所述输出电压的变化调整所述RC电路的参数，以调整所述环路补偿电路的响应速度。采用本发明实施例，可实时调整环路补偿电路的响应速度，有效减小或消除纹波，提高输出电压的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的环路补偿电路的一实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的环路补偿电路的另一实施例的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的环路补偿电路的一实施例的电路图；
图4是本发明实施例提供的开关电源电路的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种环路补偿电路，可有效减小或消除纹波，提高输出电压的稳定性。下面将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
参见图1，为本发明实施例提供的环路补偿电路的一实施例的结构示意图。如图1所示，所述环路补偿电路10可包电压检测电路101、控制芯片102和RC电路103，其中：
电压检测电路101与电压生成电路连接，用于检测所述电压生成电路的输出电压的变化。
具体实施中，电压生成电路是提供电压的电路，本发明实施例的环路补偿电路10用于根据电压生成电路的输出电压的变化调整补偿的动态响应，以避免纹波的产生。可选地，所述电压生成电路可以是boost升压电路或buck降压电路。
其中，电压检测电路101与电压生成电路和控制芯片102相连，用于检测电压生成电路输出的电压的变化，并将该变化输出至控制控制芯片102。
控制芯片102分别与电压检测电路101和RC电路103相连接，用于检测环路补偿电路10的响应速度并根据环路补偿电路10的响应速度和所述输出电压的变化调整RC电路103的参数，以调整环路补偿电路10的响应速度。
具体实施中，环路补偿电路10的响应速度10由RC电路103的阻值、容值等参数确定。控制芯片102与电压检测电路101和RC电路103相连，可接收电压检测电路101检测到的输出电压的变化以及检测环路补偿电路10的响应速度。根据检测到的电压生成电路的输出电压的变化以及环路补偿电路10的响应速度，控制芯片102可调整RC电路103的参数，以调整环路补偿电路10的响应速度。当环路补偿电路10的响应速度与电压生成电路的输出电压的变化速度接近或一致时，可有效减小或消除纹波，提高输出电压的稳定性。
本发明实施例中，环路补偿电路包括电压检测电路、控制芯片和RC电路，其中电压检测电路与电压生成电路连接，用于检测所述电压生成电路的输出电压的变化；控制芯片分别与所述电压检测电路和所述RC电路相连接，用于检测所述环路补偿电路的响应速度并根据所述环路补偿电路的响应速度和所述输出电压的变化调整所述RC电路的参数，以调整所述环路补偿电路的响应速度。采用本发明实施例，可实时调整环路补偿电路的响应速度，有效减小或消除纹波，提高输出电压的稳定性。
参见图2，为本发明实施例提供的环路补偿电路的另一实施例的结构示意图。如图2所示，所述环路补偿电路20可包括电压检测电路201、控制芯片202和RC电路203，其中控制芯片202可包括控制电路2021和PWM输出电路2022，RC电路可包括电阻电路2031、电容电路2032以及开关电路2033。
电压检测电路201与电压生成电路连接，用于检测所述电压生成电路的输出电压的变化。
具体实施中，电压生成电路是提供电压的电路，本发明实施例的环路补偿电路20用于根据电压生成电路的输出电压的变化调整补偿的动态响应，以避免纹波的产生。可选地，所述电压生成电路可以是boost升压电路或buck降压电路。
其中，电压检测电路201与电压生成电路和控制芯片202相连，用于检测电压生成电路输出的电压的变化，并将该变化输出至控制控制芯片202。
在一些可行的实施方式中，电压检测电路201可以是微分电路，通过对电压生成电路的输出电压进行微分运算以检测电压生成电路的输出电压的变化。
控制芯片202分别与电压检测电路201和RC电路203相连接，用于检测环路补偿电路20的响应速度并根据环路补偿电路20的响应速度和所述输出电压的变化调整RC电路203的参数，以调整环路补偿电路20的响应速度。
具体实施中，环路补偿电路20的响应速度20由RC电路203的阻值、容值等参数确定。
在一些可行的实施方式中，控制芯片202可包括控制电路2021和PWM输出电路2022，其中：
控制电路2021与电压检测电路201、RC电路203和PWM输出电路2022连接，用于检测环路补偿电路20的响应速度，并根据环路补偿电路20的响应速度和上述输出电压的变化，控制PWM输出电路2022输出的PWM信号；
PWM输出电路2022包括至少两个PWM输出端，上述至少两个PWM输出端与开关电路2033中的至少两个开关管连接，用于分别向所述至少两个开关管输出PWM信号，以控制所述至少两个开关管导通或关断。
通过控制所述至少两个开关管的导通或关断，控制芯片202可调整RC电路203的参数，以调整环路补偿电路20的响应速度。当环路补偿电路20的响应速度与电压生成电路的输出电压的变化速度接近或一致时，可有效减小或消除纹波，提高输出电压的稳定性。
RC电路203包括RC电路包括电阻电路2031、电容电路2032以及开关电路2033。
其中，开关电路2033分别与控制芯片202、电阻电路2021和电容电路2022相连，用于根据控制芯片202输出的控制信号导通或关断，以调整电阻电路的阻值和电容电路的容值。
具体地，电阻电路2031可包括至少两个电阻，电容电路2032可包括至少两个电容，开关电路2033可包括至少两个开关管。至少两个电阻中至少一个电阻与开关电路中的至少一个开关管串联或并联；至少两个电容中至少一个电容与开关电路中的至少一个开关管串联或并联。
具体实施中，控制芯片202可输出所述至少两个开关管的控制信号，以分别控制所述至少两个开关管导通或关断。当所述至少两个开关管的导通情况不一样时，可得到不同的阻值和容值，改变RC电路203的响应时间，进而调整环路补偿电路20的响应速度。例如，若RC电路203中包括两个串联的电阻和一个开关管，其中一个电阻与开关管并联，则当该开关管导通时，与其并联的电阻被短路，使得RC电路203的阻值减小。又如，若RC电路203中包括两个电阻和一个开关管，其中一个电阻与开关管串联后再与另一个电阻并联，则当该开关管导通时，两个电阻并联，使得RC电路203的阻值减小。
在本发明实施例中，当RC电路203的阻值越大、容值越小时，环路补偿电路20的响应速度越快；反之，当RC电路203的阻值越小、容值越大时，环路补偿电路20的响应速度越慢。
本发明实施例中，环路补偿电路包括电压检测电路、控制芯片和RC电路，其中电压检测电路与电压生成电路连接，用于检测所述电压生成电路的输出电压的变化；RC电路包括电阻电路、电容电路和开关电路，控制芯片分别与所述电压检测电路和所述RC电路相连接，用于检测所述环路补偿电路的响应速度并根据所述环路补偿电路的响应速度和所述输出电压的变化控制所述开关电路导通或关断，以改变所述RC电路的参数，进而调整所述环路补偿电路的响应速度。采用本发明实施例，可实时调整环路补偿电路的响应速度，有效减小或消除纹波，提高输出电压的稳定性。
参见图3，为本发明实施例提供的环路补偿电路的一实施例的电路图。如图3所示，所述环路补偿电路可包括电压检测电路301、控制芯片302和RC电路303。
其中，电压检测电路301与电压生成电路和控制芯片302相连，用于检测电压生成电路输出的电压的变化，并将该变化输出至控制控制芯片302。
在一些可行的实施方式中，电压检测电路301可以是微分电路，通过对电压生成电路的输出电压进行微分运算以检测电压生成电路的输出电压的变化。
控制芯片302分别与电压检测电路301和RC电路303相连接，用于检测环路补偿电路的响应速度并根据环路补偿电路的响应速度和所述输出电压的变化调整RC电路303的参数，以调整环路补偿电路的响应速度。
具体的，所述控制芯片可包括控制电路3021和PWM输出电路3022，其中：
所述控制电路3021与所述电压检测电路301、所述RC电路303和所述PWM输出电路3022连接，用于检测所述环路补偿电路的响应速度，并根据所述环路补偿电路的响应速度30和所述电压生成电路的输出电压的变化，控制所述PWM输出电路3022输出的PWM信号；
所述PWM输出电路3022可包括至少两个PWM输出端，所述至少两个PWM输出端与所述至少两个开关管连接，用于分别向所述至少两个开关管输出PWM信号，以控制所述至少两个开关管导通或关断。
RC电路303可包括电阻电路、电容电路以及开关电路。
在一些可行的实施方式中，所述至少两个PWM输出端可包括第一PWM输出端、第二PWM输出端、第三PWM输出端和第四PWM输出端。所述电阻电路包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，所述开关电路包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，其中：
所述第一电阻R1与所述第一开关管Q1并联后与串接在所述控制电路3021和所述第二电阻R2的一端之间；
所述第三电阻R3与所述第二开关管Q2串接在所述控制电路3021和所述第二电阻R2的另一端之间；
所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2分别与所述第一PWM输出端和第二PWM输出端相连。
在一些可行的实施方式中，所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2为MOS管；所述第一开关管Q1的栅极连接所述第一PWM输出端，所述第一开关管Q1的源级连接所述第一电阻R1的一端和所述控制电路，所述第一开关管Q1的漏极连接所述第一电阻R1的另一端和所述第二电阻R2的一端；所述第二开关管Q2的栅极连接所述第二PWM输出端，所述第二开关管Q2的源级连接所述控制电路3021，所述第二开关管Q2的漏极连接所述第三电阻R3的一端；所述第三电阻R3的另一端连接所述第二电阻R2的另一端和所述电容电路。
所述电容电路包括第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，其中：
所述第一电容C1与所述第三开关管Q3并联后串接在所述控制电路3021和所述第二电容C2的一端之间；
所述第三电容C3与所述第四开关管Q4串接在所述控制电路3021和所述第二电容C2的另一端之间。
在一些可行的实施方式中，所述第三开关管Q3和所述第四开关管Q4为MOS管；所述第三开关管Q3的栅极连接所述第三PWM输出端，所述第三开关管Q3的源级和漏极连接所述第一电容C1两端；所述第一电容C1的一端接地，另一端连接所述第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端连接所述第三电容C3的一端和所述电阻电路；所述第四开关管Q4的栅极连接所述第四PWM输出端，所述第四开关管Q3的源级接地，所述第四开关管Q3的漏极连接所述第三电容C3的另一端。
具体实施中，若第一开关管Q1或第二开关管Q2导通，可增大电阻电路的阻值；若第三开关管Q3或第四开关管Q4导通，可减小电容电路的容值，则可增大RC电路303的响应速度(缩短响应时间)，反之则可减小RC电路303的响应速度(延长响应时间)。因此，通过控制第一开关管Q1至第四开关管Q4的导通或关断，可改变RC电路303的参数，进而调整环路补偿电路的响应速度。其中，当环路补偿电路20的响应速度与电压生成电路的输出电压的变化速度接近或一致时，可有效减小或消除纹波，提高输出电压的稳定性。
本发明实施例中，环路补偿电路包括电压检测电路、控制芯片和RC电路，其中电压检测电路与电压生成电路连接，用于检测所述电压生成电路的输出电压的变化；控制芯片分别与所述电压检测电路和所述RC电路相连接，用于检测所述环路补偿电路的响应速度并根据所述环路补偿电路的响应速度和所述输出电压的变化调整所述RC电路的参数，以调整所述环路补偿电路的响应速度。采用本发明实施例，可实时调整环路补偿电路的响应速度，有效减小或消除纹波，提高输出电压的稳定性。
参加图4，为本发明实施例提供的开关电源电路的一实施例的结构示意图。如图4所示，所述开关电源电路40可包括电压生成电路401和环路补偿电路402，其中环路补偿电路402为图1至图3所示实施例中任一项所描述的环路补偿电路，其具体实施方式可参考图1至图3的具体描述，在此不赘述。
根据图1至图3的相关描述可知，本发明实施例的开关电源电路，可实时调整环路补偿电路的响应速度，有效减小或消除纹波，提高输出电压的稳定性。
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)

1.一种环路补偿电路，其特征在于，所述环路补偿电路包括电压检测电路、控制芯片和RC电路，其中：
所述电压检测电路与电压生成电路连接，用于检测所述电压生成电路的输出电压的变化；
所述控制芯片分别与所述电压检测电路和所述RC电路相连接，用于检测所述环路补偿电路的响应速度并根据所述环路补偿电路的响应速度和所述输出电压的变化调整所述RC电路的参数，以调整所述环路补偿电路的响应速度；其中，
所述控制芯片包括控制电路和PWM输出电路，其中：
所述控制电路与所述电压检测电路、所述RC电路和所述PWM输出电路连接，用于检测所述环路补偿电路的响应速度，并根据所述环路补偿电路的响应速度和所述输出电压的变化，控制所述PWM输出电路输出的脉冲宽度调制PWM信号，所述PWM输出电路与所述RC电路连接，用于通过PWM信号调整所述RC电路的参数。
2.根据权利要求1所述的环路补偿电路，其特征在于，所述RC电路包括电阻电路、电容电路以及开关电路，其中：
所述开关电路分别与所述控制芯片、所述电阻电路和所述电容电路相连，用于根据所述控制芯片输出的控制信号导通或关断，以调整所述电阻电路的阻值和所述电容电路的容值。
3.根据权利要求2所述的环路补偿电路，其特征在于，所述电阻电路包括至少两个电阻，所述电容电路包括至少两个电容，所述开关电路包括至少两个开关管；
所述至少两个电阻中至少一个电阻与所述开关电路中的至少一个开关管串联或并联；所述至少两个电容中至少一个电容与所述开关电路中的至少一个开关管串联或并联。
4.根据权利要求3所述的环路补偿电路，其特征在于，
所述PWM输出电路包括至少两个PWM输出端，所述至少两个PWM输出端与所述至少两个开关管连接，用于分别向所述至少两个开关管输出PWM信号，以控制所述至少两个开关管导通或关断。
5.根据权利要求4所述的环路补偿电路，其特征在于，所述电阻电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，其中：
所述第一电阻与所述第一开关管并联后与串接在所述控制电路和所述第二电阻的一端之间；
所述第三电阻与所述第二开关管串接在所述控制电路和所述第二电阻的另一端之间；
所述第一开关管和所述第二开关管分别与所述至少两个PWM输出端相连。
6.根据权利要求5所述的环路补偿电路，其特征在于，
所述至少两个PWM输出端包括第一PWM输出端和第二PWM输出端，所述第一开关管和所述第二开关管为MOS管；
所述第一开关管的栅极连接所述第一PWM输出端，所述第一开关管的源级连接所述第一电阻的一端和所述控制电路，所述第一开关管的漏极连接所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的一端；
所述第二开关管的栅极连接所述第二PWM输出端，所述第二开关管的源级连接所述控制电路，所述第二开关管的漏极连接所述第三电阻的一端；所述第三电阻的另一端连接所述第二电阻的另一端和所述电容电路。
7.根据权利要求4所述的环路补偿电路，其特征在于，所述电容电路包括第一电容、第二电容和第三电容，所述开关电路包括第三开关管和第四开关管，其中：
所述第一电容与所述第三开关管并联后串接在所述控制芯片和所述第二电容的一端之间；
所述第三电容与所述第四开关管串接在所述控制芯片和所述第二电容的另一端之间。
8.根据权利要求7所述的环路补偿电路，其特征在于，所述至少两个PWM输出端包括第三PWM输出端和第四PWM输出端，所述第三开关管和所述第四开关管为MOS管；
所述第三开关管的栅极连接所述第三PWM输出端，所述第三开关管的源级和漏极连接所述第一电容两端；
所述第一电容的一端接地，另一端连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接所述第三电容的一端和所述电阻电路；
所述第四开关管的栅极连接所述第四PWM输出端，所述第四开关管的源级接地，所述第四开关管的漏极连接所述第三电容的另一端。
9.根据权利要求1所述的环路补偿电路，其特征在于，所述电压检测电路为微分电路。
10.一种开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路包括电压生成电路和如权利要求1至9任一项所述的环路补偿电路。
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