CN107070178B - 一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路 - Google Patents

Abstract

一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路，一种可跟随电源电压信号自动调节斜坡补偿斜率的技术，为了解决斜坡补偿斜率无法自动调节而导致电流控制模式占空比不稳定、瞬态响应慢或者丧失电流控制模式特性优势的问题。本发明的斜坡发生电路，用于根据电压采样信号和PWM驱动信号输出斜坡电压信号；加法器电路，用于根据斜坡发生电路输出的斜坡电压信号和电感电流采样信号输出斜坡补偿后的电感电流采样信号。有益效果为不影响电流控制模式占空比的稳定性，瞬态响应快，不会使电流控制模式丧失电流控制模式特性优势。适用于峰值电流控制模式的电源。

Description

一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路

技术领域

本发明涉及一种可跟随电源电压信号自动调节斜坡补偿斜率的技术。

背景技术

电源设计的控制模式主要分为电流控制模式和电压控制模式两大类。由于电流控制模式具有动态响应快、带宽增益大、反馈环路设计简化以及并联输出时易与均流等优点，而被广泛应用。峰值电流控制模式是电流控制模式中最常见的形式，但由于在电源PWM占空比大于50％的情况下，固定频率的峰值电流控制模式会产生不稳定，因此，需要引入斜坡补偿信号来抑制次谐波震荡的发生。该斜坡补偿信号的强度引入的太小，不能满足极大占空比情况下的系统稳定性；该斜坡补偿信号的强度引入的过大，会影响开关电源的瞬态响应，从而削弱开关电源的负载能力；该斜坡补偿信号的幅值引入的过大，会使峰值电流控制模式向电压控制模式过渡，因而丧失电流控制模式特性的优势；而斜坡补偿斜率是影响斜坡补偿信号的关键因素。

发明内容

本发明的目的是为了解决斜坡补偿斜率无法自动调节而导致电流控制模式占空比不稳定、瞬态响应慢或者丧失电流控制模式特性优势的问题，提出了一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路。

本发明所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路，包括斜坡发生电路和加法器电路；

斜坡发生电路，用于根据电压采样信号和PWM驱动信号输出斜坡电压信号；

加法器电路，用于根据斜坡发生电路输出的斜坡电压信号和电感电流采样信号输出斜坡补偿后的电感电流采样信号。

本发明的工作原理为：斜坡发生电路根据电压采样信号和PWM驱动信号产生斜坡电压信号后，将该斜坡电压信号发送到加法器电路，加法器电路根据接收到的斜坡电压信号和电感电流采样信号产生并输出斜坡补偿后的电感电流采样信号，该斜坡补偿后的电感电流采样信号能够满足峰值电流控制模式中峰值电流的设定值，完成斜坡补偿斜率的自动调节。

本发明的有益效果是本发明产生的斜坡补偿后的电感电流采样信号是根据电压采样信号、PWM驱动信号和电感电流采样信号产生的，因此，该斜坡补偿后的电感电流采样信号不会影响电流控制模式占空比的稳定性；本发明所述的可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路没有任何延时电路，因此，瞬态响应快；同时，由于该斜坡补偿后的电感电流采样信号不会对峰值电流控制模式产生任何不良影响，即，不会使峰值电流控制模式向电压控制模式进行过渡，因此，本发明所述的可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路不会使电流控制模式丧失电流控制模式特性优势。

本发明适用于峰值电流控制模式的电源。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路的原理框图；

图2为具体实施方式一中当峰值电流控制模式的电源中加入斜坡补偿电路后电感电流扰动图；其中，波形A为稳态电感电流波形图，波形B为扰动后电感电流波形图；m₁为电感电流的上升斜率，m₂为电感电流的下降斜率，T_s为波形A的变换周期，I_L0为稳态电感电流波形图的最小值，i_c为稳态电感电流波形图的峰值，D为电源的占空比，

为初始时刻电感电流的扰动，

为一个周期后的电感电流扰动，

为斜坡补偿电路的导通系数；

图3为具体实施方式一所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路中各信号点的波形图；其中，波形a为PWM驱动信号的波形图，波形b为斜坡发生电路1输出的斜坡电压信号波形图，波形c为电感电流采样信号波形图，波形d为斜坡补偿后的电感电流采样信号的波形图，波形e为峰值电流的预设值的波形图,T为波形变换的周期,横坐标为时间(单位为s),纵坐标为波形的振幅(单位为mm)；

图4为具体实施方式二和四所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路的电路图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路包括斜坡发生电路1和加法器电路2；

斜坡发生电路1，用于根据电压采样信号和PWM驱动信号输出斜坡电压信号；加法器电路2，用于根据斜坡发生电路1输出的斜坡电压信号和电感电流采样信号输出斜坡补偿后的电感电流采样信号。

当峰值电流控制模式的电源中加入本实施方式所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路时，对电感电流上的扰动信号进行分析：

如图2所示，初始时刻电感电流的扰动为：

其中，

为初始时刻电感电流的扰动，

为本实施方式所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路的导通时间，m₁为电感电流的上升斜率，m_a为本实施方式所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路的斜坡补偿斜率；

一个周期后的电感电流扰动为：

其中，

为一个周期后的电感电流扰动，m₂为电感电流的下降斜率；

根据公式一和公式二得出，

根据公式三，当满足电源占空比D从0到1变化时，电源稳定的条件是：

又因为：D×m₁＝(1-D)×m₂   公式五

根据公式四和公式五得出：

根据公式六能够得出补偿斜率m_a必须满足最不利的条件为：D＝100％

此时需满足：

对于Buck电源：

其中，Vout为电源输出电压，L为电源的电感值；

对于Boost电源：

其中，Vin为电源输入电压；

对于Buck-Boost电源：

通过上述对电感电流上的扰动信号进行分析确定出，只要本实施方式所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路的电压采样信号与斜坡补偿斜率m_a成一定正比例关系，即能够满足斜坡补偿斜率自动调节的目的，即，

其中，V为图1所示的电压采样信号。

在本实施方式中，如图3所示，斜坡发生电路1根据电压采样信号和如波形a所示的PWM驱动信号产生如波形b所示的斜坡电压信号后，将该斜坡电压信号发送到加法器电路，加法器电路对接收到的如波形b所示的斜坡电压信号和如波形c所示的电感电流采样信号进行叠加，并输出如波形d所示的斜坡补偿后的电感电流采样信号，该斜坡补偿后的电感电流采样信号达到了峰值电流控制模式中如波形e所示的峰值电流的设定值，完成斜坡补偿斜率的自动调节。

具体实施方式二：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路进一步限定，在本实施方式中，所述斜坡发生电路1包括一号电阻R1、三号电阻R3、五号电阻R5、九号电阻R9、一号电容C1和二输入与门集成芯片U2A；

所述一号电阻R1的一端作为电压采样信号的输入端Vost；

所述三号电阻R3的一端作为PWM驱动信号的输入端P；

所述三号电阻R3的另一端同时与二输入与门集成芯片U2A的一号输入端、二输入与门集成芯片U2A的二号输入端和九号电阻R9的一端相连；

所述九号电阻R9的另一端同时与数字地和二输入与门集成芯片U2A的地端相连；

所述二输入与门集成芯片U2A的电源端与3.3V电压输出端相连；

所述二输入与门集成芯片U2A的输出端与五号电阻R5的一端相连；

所述一号电容C1的一端与数字地相连；

所述一号电阻R1的另一端同时与五号电阻R5的另一端和一号电容C1的另一端相连，并作为斜坡发生电路1的斜坡电压信号输出端。

在本实施方式中，二输入与门集成芯片U2A的输出门电路为漏集开路门(OD门)；即当PWM驱动信号为高电平时，该二输入与门集成芯片U2A输出呈现高阻态，相当于断路，电压采样信号Vost作为电源为一号电容C1充电；当PWM驱动信号为低电平时，该二输入与门集成芯片U2A输出端输出低电平，相当于接地，一号电容C1进行迅速放电；通过上述控制，得以实现电源的电压信号与斜坡补偿斜率成正比关系，即，达到斜坡补偿斜率自动调节的目的。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路进一步限定，在本实施方式中，二输入与门集成芯片U2A的型号为74HC09。

在本实施方式中，采用型号为74HC09的二输入与门集成芯片，该型号的二输入与门集成芯片具有运转速度快的优点，能有效的防止增加开关电源的瞬态响应时间；同时该型号的二输入与门集成芯片的引脚兼容性好，因此，不会影响电流控制模式的稳定性。

具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路进一步限定，在本实施方式中，所述加法器电路2包括二号电阻R2、四号电阻R4、六号电阻R6、七号电阻R7、八号电阻R8、二号电容C2和运算放大器U1A；

所述二号电阻R2的一端作为加法器电路2的斜坡电压信号输入端；

所述四号电阻R4的一端同时与六号电阻R6的一端和二号电容C2的一端相连，并作为电感电流采样信号的输入端CS；

所述六号电阻R6的另一端和二号电容C2的另一端同时与数字地相连；六号电阻R6和对电感电流采样信号的输入端CS的电感电流采样信号进行放大；

所述二号电阻R2的另一端和四号电阻R4的另一端同时与运算放大器U1A的同相输入端相连；

所述七号电阻R7的一端和八号电阻R8的一端同时与运算放大器U1A的反相输入端相连；

所述运算放大器U1A的正电源端与3.3V电压输出端相连；

所述运算放大器U1A的负电源端同时与八号电阻R8的另一端和数字地相连；

所述运算放大器U1A的输出端与七号电阻R7的另一端相连，并作为斜坡补偿后的电感电流采样信号输出端CSI。

在本实施方式中，电感电流采样信号经过六号电阻R6放大后以电压量的形式呈现；斜坡发生电路1输出的斜坡电压信号也是以电压量的形式呈现，并且，斜坡发生电路1输出的斜坡电压信号的电压量随时间线性变化。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路进一步限定，在本实施方式中，运算放大器U1A的型号为OPA4350。

在本实施方式中，采用型号为OPA4350的运算放大器，该型号的运算放大器是一种具有高速运算能力的单电源轨至轨运算放大器，该型号的运算放大器非常适合驱动电感电流采样信号，其工作电源的范围为2.5V～30V。

Claims (4)

1.一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路，包括斜坡发生电路(1)和加法器电路(2)；

斜坡发生电路(1)，用于根据电压采样信号和PWM驱动信号输出斜坡电压信号；

加法器电路(2)，用于根据斜坡发生电路(1)输出的斜坡电压信号和电感电流采样信号输出斜坡补偿后的电感电流采样信号；

其特征在于，所述斜坡发生电路(1)包括一号电阻(R1)、三号电阻(R3)、五号电阻(R5)、九号电阻(R9)、一号电容(C1)和二输入与门集成芯片(U2A)；

所述一号电阻(R1)的一端作为电压采样信号的输入端(Vost)；

所述三号电阻(R3)的一端作为PWM驱动信号的输入端(P)；

所述三号电阻(R3)的另一端同时与二输入与门集成芯片(U2A)的一号输入端、二输入与门集成芯片(U2A)的二号输入端和九号电阻(R9)的一端相连；

所述九号电阻(R9)的另一端同时与数字地和二输入与门集成芯片(U2A)的地端相连；

所述二输入与门集成芯片(U2A)的电源端与3.3V电压输出端相连；

所述二输入与门集成芯片(U2A)的输出端与五号电阻(R5)的一端相连；

所述一号电容(C1)的一端与数字地相连；

所述一号电阻(R1)的另一端同时与五号电阻(R5)的另一端和一号电容(C1)的另一端相连，并作为斜坡发生电路(1)的斜坡电压信号输出端。

2.根据权利要求1所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路，其特征在于，二输入与门集成芯片(U2A)的型号为74HC09。

3.根据权利要求1所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路，其特征在于，所述加法器电路(2)包括二号电阻(R2)、四号电阻(R4)、六号电阻(R6)、七号电阻(R7)、八号电阻(R8)、二号电容(C2)和运算放大器(U1A)；

所述二号电阻(R2)的一端作为加法器电路(2)的斜坡电压信号输入端；

所述四号电阻(R4)的一端同时与六号电阻(R6)的一端和二号电容(C2)的一端相连，并作为电感电流采样信号的输入端(CS)；

所述六号电阻(R6)的另一端和二号电容(C2)的另一端同时与数字地相连；

所述二号电阻(R2)的另一端和四号电阻(R4)的另一端同时与运算放大器(U1A)的同相输入端相连；

所述七号电阻(R7)的一端和八号电阻(R8)的一端同时与运算放大器(U1A)的反相输入端相连；

所述运算放大器(U1A)的正电源端与3.3V电压输出端相连；

所述运算放大器(U1A)的负电源端同时与八号电阻(R8)的另一端和数字地相连；

所述运算放大器(U1A)的输出端与七号电阻(R7)的另一端相连，并作为斜坡补偿后的电感电流采样信号输出端(CSI)。

4.根据权利要求3所述的一种可自动调节斜坡补偿斜率的斜坡补偿电路，其特征在于，运算放大器(U1A)的型号为OPA4350。

Images