CN109980920A - 一种峰值电流模dc-dc变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路 - Google Patents

一种峰值电流模dc-dc变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路 Download PDF

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Abstract

一种峰值电流模DC‑DC变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路，属于电子电路技术领域。反流检测模块用于检测峰值电流模DC‑DC变换器是否发生反流，当峰值电流模DC‑DC变换器发生反流时表示DC‑DC变换器处于DCM工作模式，反流检测模块输出高电平，当反流检测模块没有检测到反流时表示DC‑DC变换器处于CCM工作模式，反流检测模块输出低电平；逻辑控制模块根据反流检测模块给出的DC‑DC变换器工作模式的判断在DC‑DC变换器每个时钟周期的上升沿进行检测，当DC‑DC变换器处于CCM时控制DC‑DC变换器正常输出斜坡补偿信号，在DC‑DC变换器处于DCM情况下消除DC‑DC变换器的斜坡补偿信号，能有效防止在DCM时峰值电流模系统出现的过补偿问题，使得DC‑DC变换器拥有理想的峰值电流模控制性能。

Description

一种峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制 电路
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，涉及一种用于控制峰值电流模DC-DC变换电路中斜坡补偿信号产生的逻辑控制电路。
背景技术
在峰值电流模控制的DC-DC变换器应用中，为了防止系统环路发生次谐波振荡，会加入斜坡补偿信号。现有的斜坡补偿方式主要有三种：固定斜率的斜坡补偿、分段的斜坡补偿和自适应的斜坡补偿。但现有的斜坡补偿电路中并未包含其他的逻辑控制电路，则斜坡补偿信号会一直产生；斜坡补偿信号和电感电流采样信号叠加后与误差放大器输出进行比较，进而得到电路的控制信号。
如果峰值电流模控制的DC-DC变换器系统工作在连续导通模式(ContinuousConduction Mode，CCM)下，需要加入斜坡补偿信号防止环路振荡；如果系统处在非连续导通模式(Disontinuous Conduction Mode，DCM)下，因为这种情况下环路不会发生次谐波震荡，所以本就不需要斜坡补偿信号，但是一直存在的斜坡补偿信号会使环路处于过补偿的状态，使其由峰值电流模式控制从原理上倾向于变为电压模式控制，会影响在此状态下的系统瞬态响应特性。严重时甚至使系统实际上变为电压模式控制，使得峰值电流模所具有的动态响应快调整性能好等优势消失。
发明内容
针对上述峰值电流模控制的DC-DC变换器在DCM模式下由斜坡补偿信号引起的过补偿问题，本发明提出了一种用于控制峰值电流模DC-DC变换电路中斜坡补偿信号的逻辑控制电路，在峰值电流模DC-DC变换器处于CCM时正常输出斜坡补偿信号，在峰值电流模DC-DC变换器处于DCM时消除斜坡补偿信号，有效防止在DCM时峰值电流模系统出现的过补偿问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路，所述逻辑控制电路包括反流检测模块和逻辑控制模块，
所述反流检测模块用于检测所述峰值电流模DC-DC变换器是否发生反流，当所述峰值电流模DC-DC变换器发生反流时所述反流检测模块输出高电平，否则输出低电平；
所述逻辑控制模块包括第一反相器、第二反相器、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、电容、电流源和D触发器，
第一反相器的输入端连接所述反流检测模块的输出信号，其输出端连接第一PMOS管和第三NMOS管的栅极；
第二NMOS管的栅极连接第一NMOS管的栅极和漏极并通过电流源后连接电源电压，其漏极连接第三NMOS管的源极，其源极连接第一NMOS管和第五NMOS管的源极以及第四PMOS管的漏极并接地；
第二PMOS管的栅极连接第三PMOS管、第四NMOS管和第五NMOS管的栅极以及第一PMOS管和第三NMOS管的漏极并通过电容后接地，其源极连接第一PMOS管的源极和第六NMOS管的漏极并连接电源电压，其漏极连接第三PMOS管和第四PMOS管的源极；
第四NMOS管的漏极连接第四PMOS管和第六NMOS管的栅极、第三PMOS管的漏极以及第二反相器的输入端，其源极连接第五NMOS管的漏极和第六NMOS管的源极；
D触发器的数据输入端连接第二反相器的输出端，其时钟输入端连接所述峰值电流模DC-DC变换器的时钟信号，其输出端输出所述逻辑控制电路的输出信号并作为控制所述峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号产生的使能信号。
本发明的有益效果为：通过检测峰值电流模DC-DC变换器是否发生反流产生不同的斜坡补偿电路的使能信号，使得斜坡补偿电路在DC-DC变电器处于CCM下时正常输出斜坡补偿信号，在DC-DC变换器处于DCM情况下，即发生反流时不使能斜坡补偿电路，消除此时的斜坡补偿信号，能有效防止在DCM时峰值电流模系统出现的过补偿问题，使得DC-DC变换器拥有理想的峰值电流模控制性能。
附图说明
图1为本发明提出的一种峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路的结构框图。
图2为本发明提出的一种峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路中逻辑控制模块的电路结构示意图。
图3为本发明提出的一种峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路中逻辑控制电路在CCM下的时序波形图。
图4为本发明提出的一种峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路中逻辑控制电路在DCM下的时序波形图。
图5为本发明提出的一种峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路中逻辑控制模块从DCM变化为CCM时的时序波形图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案。
本发明提出一种峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路，包括反流检测模块和逻辑控制模块，反流检测模块为逻辑控制模块提供峰值电流模DC-DC变换电路是处于CCM和还是DCM的工作模式的信息，根据检测峰值电流模DC-DC变换器是否发生反流判断峰值电流模DC-DC变换器处于CCM还是DCM的工作模式。当峰值电流模DC-DC变换器没有发生反流，即峰值电流模DC-DC变换器处于CCM工作模式下时，反流检测模块的输出恒为低电平；当峰值电流模DC-DC变换器电路中发生反流，即峰值电流模DC-DC变换器处于DCM工作模式下时，反流检测模块会在反流现象出现时产生一个高电平，此情况一般发生在峰值电流模DC-DC变换器时钟周期的末端。对于Boost变换器，反流检测模块通过检测在上管打开阶段峰值电流模DC-DC变换器的输出电压VOUT和开关节点SW电压关系判断反流的发生，如果输出电压VOUT大于开关节点SW处电压即发生反流，在这个时候反流检测模块的输出信号VREV为高电平，输出信号VREV的高电平持续时间即为在上管打开阶段反流持续的时间，也可以认为DC-DC变换器当前处于DCM。相应的，对于Buck变换器，反流检测模块通过检测在下管打开阶段峰值电流模DC-DC变换器的输出电压VOUT和开关节点SW电压关系判断反流的发生，检测到反流时反流检测模块的输出信号VREV为高电平，输出信号VREV的高电平持续时间即为在下管打开阶段反流持续的时间。
逻辑控制模块根据反流检测模块输出的不同信号确认电路工作状态，进而产生对应的控制逻辑。逻辑控制模块的输入信号为反流检测模块的输出信号和峰值电流模DC-DC变换器的时钟信号。如图2所示是逻辑控制模块的电路结构图，包括第一反相器INV1、第二反相器INV2、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、电容C、电流源I1和D触发器，第一反相器INV1的输入端连接反流检测模块的输出信号VREV，其输出端连接第一PMOS管MP1和第三NMOS管MN3的栅极；第二NMOS管MN2的栅极连接第一NMOS管MN1的栅极和漏极并通过电流源I1后连接电源电压VDD，其漏极连接第三NMOS管MN3的源极，其源极连接第一NMOS管MN1和第五NMOS管MN5的源极以及第四PMOS管MP4的漏极并接地VSS；第二PMOS管MP2的栅极连接第三PMOS管MP3、第四NMOS管MN4和第五NMOS管MN5的栅极以及第一PMOS管MP1和第三NMOS管MN3的漏极并通过电容C后接地VSS，其源极连接第一PMOS管MP1的源极和第六NMOS管MN6的漏极并连接电源电压VDD，其漏极连接第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源极；第四NMOS管MN4的漏极连接第四PMOS管MP4和第六NMOS管MN6的栅极、第三PMOS管MP3的漏极以及第二反相器INV2的输入端，其源极连接第五NMOS管MN5的漏极和第六NMOS管MN6的源极；D触发器的数据输入端连接第二反相器INV2的输出端，其时钟输入端连接峰值电流模DC-DC变换器的时钟信号CLK，其输出端输出逻辑控制电路的输出信号VCTRL并作为控制峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号IS产生的使能信号。
逻辑控制模块的工作原理是将来自反流检测模块输出信号VREV的下降沿在经过电容C后进行一定程度的延展，使其下降时间增大，随后经过整形可以得到一个上升沿不变，下降沿向右移动的新波形，并将此信号作为系统反流信息，输入到后面的D触发器中进行判断，产生相应的逻辑控制信号即逻辑控制电路的输出信号VCTRL，VCTRL控制峰值电流模DC-DC变换器的斜坡补偿电路模块在系统不同工作状态下是否输出斜坡补偿信号，使得DC-DC变换器拥有理想的峰值电流模控制性能。
逻辑控制模块的主要功能是对前级反流检测模块的输出VREV进行处理，产生合适的使能信号VCTRL控制后级的斜坡补偿电路模块。当反流检测模块从峰值电流模DC-DC变换器的输出输出信号VOUT和开关节点SW处电压信息中判断出电感电流反流时，表示DC-DC变换器处在DCM的工作模式，反流检测模块输出信号VREV为一个高电平信号，在发生反流的时间内VREV都为高电平。逻辑控制模块会在每个峰值电流模DC-DC变换器时钟周期的上升沿出现时进行检测，如果在上一个时钟周期中DC-DC变换器发生了反流现象，则判定DC-DC变换器当前仍处在DCM工作模式下，则逻辑控制模块产生高电平的输出信号VCTRL作为峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号产生的使能信号，使能峰值电流模DC-DC变换器的斜坡补偿模块在本时钟周期开始时停止输出斜坡补偿信号，并且在下一个系统时钟周期上升沿时再次检测。如果反流检测模块输出信号VREV一直为低，则判定DC-DC变换器一直处于CCM工作模式下，逻辑控制模块输出低电平的使能信号VCTRL，控制后级的斜坡补偿电路正常工作。
图3为峰值电流模DC-DC变换器处于CCM下逻辑控制模块的时序波形图，IL为峰值电流模DC-DC变换器中的电感电流，当IL降为零的时候是发生反流的临界情况，同时也是CCM与DCM的临界情况。当峰值电流模DC-DC变换器工作在CCM下时，反流检测模块输出VREV恒为低电平，则逻辑控制模块中D触发器的数据输入端即D端恒为低电平，又由于D触发器在每个系统时钟周期上升沿时检测，所以逻辑控制模块的输出VCTRL恒为低电平，控制峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿模块一直工作产生斜坡补偿信号。
图4为峰值电流模DC-DC变换器处于DCM下逻辑控制模块的时序波形图。当峰值电流模DC-DC变换器工作在DCM下时，反流检测模块从峰值电流模DC-DC变换器的输出信号VOUT和开关节点SW点处电压信息中判断出电感电流是否发生反流，并在发生反流时输出一个高电平的VREV。此高电平输出信号VREV上升沿即为反流发生时的时间，下降沿对应为下一个时钟周期的开始阶段。反流检测模块的输出信号VREV输入到逻辑控制电路之后，在第二反相器INV2输出端同样输出一个高电平信号，第二反相器INV2输出端的高电平信号的上升沿与反流检测模块输出的高电平输出信号VREV的上升沿重合，但下降沿向右移动了一段距离。在这种情况下，逻辑控制模块中的D触发器在每个系统时钟周期上升沿检测时，如果在上一个时钟周期中发生了反流，则会输出高电平，并且在每一个系统时钟周期开始时都会重新进行新一轮的检测。当逻辑控制模块输出高电平的使能信号VCTRL时，后级斜坡补偿电路模块停止工作停止产生斜坡补偿信号。
图5为峰值电流模DC-DC变换器从DCM变化为CCM时逻辑控制模块的时序波形图。当峰值电流模DC-DC变换器工作在DCM下时，反流检测模块在反流发生过程中输出高电平，此时逻辑控制模块输出高电平；当峰值电流模DC-DC变换器工作在CCM下时，没有反流情况发生，反流检测模块输出低电平，此时逻辑控制模块输出也变为低电平。后级斜坡补偿模块在逻辑控制模块输出为高电平时停止工作，逻辑控制模块输出为低电平时正常输出斜坡补偿信号。
综上，本发明提出的这种用于控制峰值电流模中斜坡补偿信号的逻辑控制电路可以根据系统不同工作模式，产生不同的使能信号来控制斜坡补偿模块的工作，并且在每一个系统时钟周期都会进行新一轮的检测，可以在系统工作模式发生变化后及时输出合适的使能信号。
本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其他各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号的逻辑控制电路，其特征在于，所述逻辑控制电路包括反流检测模块和逻辑控制模块，
所述反流检测模块用于检测所述峰值电流模DC-DC变换器是否发生反流，当所述峰值电流模DC-DC变换器发生反流时所述反流检测模块输出高电平，否则输出低电平；
所述逻辑控制模块包括第一反相器、第二反相器、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、电容、电流源和D触发器，
第一反相器的输入端连接所述反流检测模块的输出信号，其输出端连接第一PMOS管和第三NMOS管的栅极；
第二NMOS管的栅极连接第一NMOS管的栅极和漏极并通过电流源后连接电源电压，其漏极连接第三NMOS管的源极，其源极连接第一NMOS管和第五NMOS管的源极以及第四PMOS管的漏极并接地；
第二PMOS管的栅极连接第三PMOS管、第四NMOS管和第五NMOS管的栅极以及第一PMOS管和第三NMOS管的漏极并通过电容后接地，其源极连接第一PMOS管的源极和第六NMOS管的漏极并连接电源电压，其漏极连接第三PMOS管和第四PMOS管的源极；
第四NMOS管的漏极连接第四PMOS管和第六NMOS管的栅极、第三PMOS管的漏极以及第二反相器的输入端，其源极连接第五NMOS管的漏极和第六NMOS管的源极；
D触发器的数据输入端连接第二反相器的输出端，其时钟输入端连接所述峰值电流模DC-DC变换器的时钟信号，其输出端输出所述逻辑控制电路的输出信号并作为控制所述峰值电流模DC-DC变换器中斜坡补偿信号产生的使能信号。
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