CN112803770A - 一种自适应斜坡补偿电路 - Google Patents

Abstract

一种自适应斜坡补偿电路，适用于电流控制模式的变换器中，通过采样并跟随变换器的电感电流实现自适应的斜坡补偿；通过引入成固定倍数的第一斜坡电压和第二斜坡电压，并且在电感电流检测期间，电感电流下降的两个时间点分别对第一斜坡电压和第二斜坡电压进行采样，然后通过测量两个采样电压值的大小关系来调控第一斜坡电压和第二斜坡电压的斜率，最终可以使得第一斜坡电压和第二斜坡电压的斜率与电感电流下降斜率的关系固定。另外实施例中通过在控制环路中引入延时模块，可以达到没有斜坡引入时的控制波形，从而避免了额外零极点的引入。

Description

一种自适应斜坡补偿电路

技术领域

本发明属于集成电路与功率变换器技术领域，涉及一种自适应斜坡补偿电路，适用于电流控制模式的变换器。

背景技术

电流控制模式的变换器包括恒定导通时间控制的变换器和自适应导通时间控制的变换器，其中采用恒定导通时间(Constant On-time，COT)控制的电流模式DC-DC变换器，其核心思想就是通过控制导通时间不变，改变谷值电流大小，来控制占空比以及开关频率，从而达到控制输出电压的目的。恒定导通时间控制模式在占空比大于50％时，也能够保持稳定，不产生次谐波振荡，同时相较于峰值电流模节省了斜坡补偿电路模块，简化了电路，提高了稳定性。

对于单相位工作的COT电流模式变换器来说不存在电流环路不稳定的问题，但是在低输出电压时，采样电感电流信息变弱，产生较大抖动，也容易出现不稳定性。对于多相工作的电源来说，由于各个相位之间的干扰产生波纹抵消效应，使得电感电流波纹减小，达到很容易受到噪声影响的水平；所以这时候就需要外部斜坡补偿电路来提高电源在多路输出时的信噪比。

随着开关电源应用场合的增加，一个芯片只输出一个稳定电压已经不足以满足用户的需求。对于单个芯片来说，由于输出功率不断提升，使得其负荷越来越大，因此通过多路输出的芯片将负载的功率平均分摊到每条支路上，可以使单一的支路负荷减少，也使得系统可靠性大大提升。同时，在多路输出芯片工作中，如果一条支路发生故障，并不会影响其他支路的正常工作，不会使得整个系统崩溃，最终使得系统的安全性、稳定性能够得到很大的提升。在这样的应用中采样电阻通常会尽量减小以此来减小损耗，这样就使得采样电流的波纹也减小。而大电流DC-DC转换中电流采样电路的低增益会导致信噪比偏低，当增益低到电流采样的斜坡和EA输出斜坡相比拟的时候，电路就不稳定了，所以这时候可以考虑加入斜坡补偿电路来增强电路的稳定性，提升信噪比。

如图1所示是传统的带有固定斜坡补偿的恒定导通时间控制Buck变换器控制电路，图1中变换器通过采样电阻Ri采样电感电流产生的电压V_L与误差放大器EA输出的控制电压V_C及固定斜坡电压VRAMP进行比较，每当采样电感电流产生的电压V_L低于到Vc与VRAMP之和时，PWM比较器输出为高，产生一个恒定的导通时间T_on，使电感电流升高；当T_on结束后电感电流降低，又重新回到谷值，进入下个T_on周期，从而控制Buck变换器。固定斜坡补偿的恒定导通时间控制Buck变换器可以降低抖动，具有良好的信噪比。如图2所述是图1结构的控制波形，其中Sn是电感电流的上升斜率，Sf是电感电流的下降斜率，Se1是固定斜坡电压VRAMP的上升斜率。

相较于传统的恒定导通时间控制的Buck变化器而言，带有固定斜坡补偿的恒定导通时间控制的Buck变换器由于斜坡的引入，会额外引入一个固定零点和移动的极点，变化的极点会使得环路的补偿更困难。由于移动的极点会随外部工作条件变化，所以往往会进行过补偿设计，以此保证在最坏情况下系统的稳定性，这样做的结果就是牺牲了环路的带宽。

发明内容

针对传统斜坡补偿电路引入额外零极点导致增大补偿的难度和并且过补偿导致更低环路带宽的不足之处，本发明提出一种自适应斜坡补偿电路，能够在引入斜坡来增强信噪比的同时不引入额外零极点，从而避免导致系统环路带宽受影响。

本发明的技术方案为：

一种自适应斜坡补偿电路，适用于电流控制模式的变换器，所述变换器通过控制开关器件的导通和关断改变电感电流，从而控制输出电压；

所述自适应斜坡补偿电路包括第一误差放大器、第二误差放大器、第一比较器、第二比较器、第一斜坡电压采样模块、第二斜坡电压采样模块、电感电流采样模块、比例模块、跨导放大器、电流镜模块、第一电容、第二电容、第一开关和第二开关；

第一误差放大器的正向输入端连接基准电压，其负向输入端连接所述变换器输出电压的采样值，其输出端连接第一比较器的第一正向输入端和第二比较器的第一正向输入端；

所述电感电流采样模块用于采样所述变换器的电感电流并产生电感电流采样电压；

第一比较器的第二正向输入端连接第一电容的第一连接端和所述第一斜坡电压采样模块的采样输入端，其负向输入端连接所述电感电流采样电压，其输出端连接第一斜坡电压采样模块的控制端和第一开关的控制端；

第二比较器的第二正向输入端连接第二电容的第一连接端和所述第二斜坡电压采样模块的采样输入端，其负向输入端连接所述电感电流采样电压，其输出端连接第二斜坡电压采样模块的控制端和第二开关的控制端；

第一电容和第二电容的第二连接端均接地，第一开关和第二开关分别接在第一电容和第二电容两端；

所述电流镜模块用于对跨导放大器的输出电流进行镜像产生第一斜坡电流连接至第一电容的第一连接端和产生第二斜坡电流连接至第二电容的第一连接端，其中所述电流镜模块产生的所述第一斜坡电流和所述第二斜坡电流的电流比为M₁:1，第一电容和第二电容的电容比为N₁:1，M₁>N₁；

所述比例模块的输入端连接所述第一斜坡电压采样模块的输出电压，用于将所述第一斜坡电压采样模块的输出电压乘以比例

后输出至第二误差放大器的负向输入端，M₂:1为所述第二斜坡电流上升斜率与所述变换器的电感电流下降斜率的比例；

第二误差放大器的正向输入端连接所述第二斜坡电压采样模块的输出电压，其输出端连接跨导放大器的输入端；

在所述变换器每个开关周期的导通定时结束后，所述第一比较器的输出信号和第二比较器的输出信号分别控制第一开关和第二开关断开；在开关周期内当所述第一比较器的输出信号状态翻转时控制第一开关闭合，同时控制所述第一斜坡电压采样模块进行采样保持；当所述第二比较器的输出信号状态翻转时控制第二开关闭合，同时控制所述第二斜坡电压采样模块进行采样保持；

所述第二比较器的输出信号用于产生控制所述变换器中开关器件导通和关断的控制信号。

具体的，所述第二比较器的输出信号还需要经过延时模块后再产生控制所述变换器中开关器件导通和关断的控制信号，所述延时模块包括第三比较器、第三电容和第三开关；

所述电流镜模块还用于将跨导放大器的输出电流进行镜像产生第三斜坡电流连接至第三电容的第一连接端，第三电容的第二连接端接地，第三开关接在第三电容两端；第二电容和第三电容的电容比为N₂:1，所述第二斜坡电流与所述第三斜坡电流的比例为M₂×N₂:1；

第三开关的控制端连接第二比较器的输出端，在所述变换器每个开关周期的导通定时开始时，所述第二比较器的输出信号控制第三开关闭合，当所述第二比较器的输出信号状态翻转时控制第三开关断开；

第三比较器的负向输入端连接第三电容的第一连接端，其正向输入端连接所述第二斜坡电压采样模块的输出电压，其输出信号用于产生控制所述变换器中开关器件导通和关断的控制信号。

具体的，M₂＝1，N₂＝1。

本发明的有益效果为：本发明利用第一斜坡电压VRAMP1和第二斜坡电压VRAMP2对电感电流信号进行检测，然后通过负反馈电路对斜坡进行调节，使得斜坡斜率能够跟踪电感电流下降斜率并成固定比例，实现自适应调节；实施例中引入了延时模块，利用第三斜坡电压VRAMP3来提升系统信噪比，在降低抖动的同时，达到了无斜坡时的控制波形，所以并不会引入额外零极点来影响环路带宽，从而使得环路的设计可以按照无斜坡时的方法进行设计，以此可以获得更大的环路带宽，提升响应速度。

附图说明

下面的附图有助于更好地理解下述对本发明不同实施例的描述，这些附图示意性地示出了本发明一些实施方式的主要特征。这些附图和实施例以非限制性、非穷举性的方式提供了本发明的一些实施例。为简明起见，不同附图中具有相同功能的相同或类似的组件或结构采用相同的附图标记。

图1为传统固定斜坡补偿的恒定导通时间控制的Buck电路示意图。

图2为传统固定斜坡补偿的恒定导通时间控制的Buck电路控制波形图。

图3为本发明提出的一种自适应斜坡补偿电路应用于恒定导通时间控制的Buck变换器时的一种实现电路图。

图4为本发明提出的一种自适应斜坡补偿电路应用于恒定导通时间控制的Buck变换器时的另一种实现电路图。

图5为本发明提出的一种自适应斜坡补偿电路应用于恒定导通时间控制的Buck变换器时的控制波形图。

图6为本发明提出的一种自适应斜坡补偿电路应用于恒定导通时间控制的Buck变换器时的负载阶跃仿真波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明进行详细地说明。显然，所描述的实施例仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出的自适应斜坡补偿电路适用于电流控制模式的变换器，变换器是通过控制开关器件的导通和关断改变电感电流，从而控制输出电压，本发明的自适应斜坡补偿电路能够采样电感电流的变化并产生控制变换器中开关器件导通和关断的控制信号。下面以将本发明应用于恒定导通时间谷值电流模式控制的Buck变换器为例进行说明，但实施例并不用于限制本发明的应用范围，本发明仍可用于其他类型的变换器。

如图3所示，恒定导通时间控制的Buck变换器中功率转换部分用于周期性的将输入电压Vin进行输出，经过电感和电容滤波之后得到一个设定的输出电压值，功率转换部分包括驱动DRIVER、功率开关MOS管M1、功率开关MOS管M2、功率电感L、输出电容Co、输出电容ESR电阻Resr、负载电阻Rload，功率开关MOS管M1的漏端接输入电压Vin，栅端接驱动模块DRIVER的输出，源端接功率电感L的左端、功率开关MOS管M2的漏端和采样电阻Ri的上端；功率开关MOS管M2的源端接地，栅端接驱动模块DRIVER的输出；功率电感L的右端接输出电容的等效串联电阻Resr的上端、负载电阻Rload的上端和分压电阻Rfb1的上端，此连接点产生整个变换器的输出电压VOUT；输出电容的等效串联电阻Resr的下端接输出电容Co的上端；输出电容Co的下端接地；负载电阻Rload的下端接地；其中功率开关MOS管M2也可被功率二极管替代。

如图3所示，本发明提出的自适应斜坡补偿电路包括第一误差放大器EA1、第二误差放大器EA2、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、第一斜坡电压采样模块SH1、第二斜坡电压采样模块SH2、电感电流采样模块、比例模块、跨导放大器OTA、电流镜模块、第一电容C1、第二电容C2、第一开关S1和第二开关S2；第一误差放大器EA1的正向输入端连接基准电压VREF，其负向输入端连接变换器输出电压的采样值VFB，其输出端连接第一比较器CMP1的第一正向输入端和第二比较器CMP2的第一正向输入端；输出电压的采样值VFB可以通过两个分压电阻Rfb1和Rfb2对变换器的输出电压进行分压获得，通过设置两个分压电阻的比例和基准电压VREF值就可以设定变换器的输出电压值；电感电流采样模块用于采样变换器的电感电流并产生电感电流采样电压V_L，一些实施例中电感电流采样模块可由电流采样电阻Ri实现；第一比较器CMP1的第二正向输入端连接第一电容C1的第一连接端和第一斜坡电压采样模块SH1的采样输入端，其负向输入端连接电感电流采样电压V_L，其输出端连接第一斜坡电压采样模块SH1的控制端和第一开关S1的控制端；第二比较器CMP2的第二正向输入端连接第二电容C2的第一连接端和第二斜坡电压采样模块SH2的采样输入端，其负向输入端连接电感电流采样电压V_L，其输出端连接第二斜坡电压采样模块SH2的控制端和第二开关S2的控制端；第一电容C1和第二电容C2的第二连接端均接地，第一开关S1和第二开关S2分别接在第一电容C1和第二电容C2两端；电流镜模块用于对跨导放大器OTA的输出电流进行镜像产生第一斜坡电流IRAMP1连接至第一电容C1的第一连接端和产生第二斜坡电流IRAMP2连接至第二电容C2的第一连接端，其中电流镜模块产生的第一斜坡电流IRAMP1和第二斜坡电流IRAMP2的电流比为M₁:1，第一电容C1和第二电容C2的电容比为N₁:1；比例模块的输入端连接第一斜坡电压采样模块SH1的输出电压，用于将第一斜坡电压采样模块SH1的输出电压乘以特定比例后输出至第二误差放大器EA2的负向输入端，其中比例模块的比例设置可以根据第一斜坡电流IRAMP1和第二斜坡电流IRAMP2的电流比、第一电容C1和第二电容C2的电容比N₁:1和第二斜坡电流IRAMP2上升斜率与变换器的电感电流下降的比例M₂:1来设置，即比例模块的比例为

本发明能够采样并跟踪变换器的电感电流，第二斜坡电流IRAMP2上升斜率与变换器的电感电流下降斜率的比例M₂:1是我们所期望得到的比例，可以根据需要设计M₂的值，M₁、M₂、N₁均为正数。

第二误差放大器EA2的正向输入端连接第二斜坡电压采样模块SH2的输出电压，其输出端连接跨导放大器OTA的输入端；变换器的每个开关周期包括Ton和Toff，在变换器每个开关周期的Ton导通定时结束后，电感电流开始下降，同时第一比较器CMP1的输出信号和第二比较器CMP2的输出信号分别控制第一开关S1和第二开关S2断开，第一斜坡电压VRAMP1和第二斜坡电压VRAMP2开始产生；在开关周期内当第一比较器CMP1的输出信号状态翻转时控制第一开关S1闭合，同时控制第一斜坡电压采样模块SH1进行采样保持，采样完成后第一斜坡电压VRAMP1清零；当第二比较器CMP2的输出信号状态翻转时控制第二开关S2闭合，同时控制第二斜坡电压采样模块SH2进行采样保持，采样完成后第二斜坡电压VRAMP2清零；第二比较器CMP2的输出信号用于产生控制变换器中开关器件导通和关断的控制信号。

本发明提出的自适应斜坡补偿电路包括两部分，分别是环路检测与控制部分和斜坡补偿部分，环路检测与控制部分用于对变换器的电感电流和输出电压进行实时监测，从而周期性的发出控制信号控制功率转换部分中的功率开关MOS管M1和M2，环路检测与控制部分包括第一误差放大器EA1、电感电流采样模块、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2以及变换器中的恒定导通时间计时器Ton，一些实施例中环路检测与控制部分还包括延时模块。斜坡补偿部分用于根据得到的采样电感电流信息周期性的调整斜坡大小，从而使得斜坡大小与电感电流成比例，斜坡补偿部分包括第二误差放大器EA2、第一斜坡电压采样模块SH1、第二斜坡电压采样模块SH2、比例模块、跨导放大器OTA、第一电容C1、第二电容C2、第一开关S1、第二开关S2和电流镜模块产生的第一斜坡电流IRAMP1和第二斜坡电流IRAMP2。

环路检测与控制部分中，误差放大器EA1将输出电压的分压信号VFB和基准信号VREF的误差信号进行放大，输出接到第一比较器CMP1的第一正向输入端和第二比较器CMP2的第一正向输入端；第一比较器CMP1的第二正向输入端输入的是第一电容C1上产生的第一斜坡电压VRAMP1，第二比较器CMP2的第二正向输入端输入的是第二电容C2上产生的第二斜坡电压VRAMP2；第一比较器CMP1和第二比较器CMP2的负向输入端连接的是电感电流采样电压V_L，一些实施例中利用电流采样电阻Ri来采样电感电流，电感电流流经电流采样电阻Ri产生对应的电压信号V_L。利用电流源模块将跨导放大器的输出电流进行镜像产生第一斜坡电流IRAMP1和第二斜坡电流IRAMP2，在第一开关S1的控制下利用第一斜坡电流IRAMP1对第一电容C1进行充电，在第一电容C1上产生第一斜坡电压VRAMP1，在第二开关S2的控制下利用第二斜坡电流IRAMP2对第二电容C2进行充电，在第二电容C2上产生第二斜坡电压VRAMP2。第一比较器CMP1和第二比较器CMP2的输出分别用于控制第一开关S1和第二开关S2，实现对斜坡的清零与产生。第一斜坡电压采样模块SH1以第一比较器CMP1的输出作为控制时钟对第一斜坡电压VRAMP1进行采样和保持，第二斜坡电压采样模块SH2以第二比较器CMP2的输出作为控制时钟对第二斜坡电压VRAMP2进行采样和保持。

第一比较器CMP1将电感电流采样电压V_L与叠加了第一斜坡电压VRAMP1的第一误差放大器EA1的输出电压V_C进行比较。第二比较器CMP2将电感电流采样电压V_L与叠加了第二斜坡电压VRAMP2的第一误差放大器EA1的输出电压V_C进行比较。第一比较器CMP1输出接第一开关S1和第一斜坡电压采样模块SH1，当第一比较器CMP1比较出结果时，会关闭第一开关S1，使得第一斜坡电压VRAMP1重新归零，待到下个开关周期的导通定时结束后再打开第一开关S1，并产生第一斜坡电压VRAMP1；此外，第一比较器CMP1的输出还会控制第一斜坡电压采样模块SH1对此时的第一斜坡电压VRAMP1进行采样和保持。第二比较器CMP2输出接第二开关S2和第二斜坡电压采样模块SH2；当第二比较器CMP2比较出结果时，会关闭第二开关S2，关闭第二开关S2使得第二斜坡电压VRAMP2重新归零，待到下个开关周期的导通定时结束后再打开第二开关S2，并产生第二斜坡电压VRAMP2，此外第二比较器CMP2的输出还会控制第二斜坡电压采样模块SH2对此时的第二斜坡电压VRAMP2进行采样和保持。

为了使第一斜坡电压VRAMP1的上升斜率大于第二斜坡电压VRAMP2的上升斜率，需要设置M₁>N₁。由于第一斜坡电压VRAMP1的上升斜率大于第二斜坡电压VRAMP2的上升斜率，当电感电流逐渐下降时，第一比较器CMP1输出会比第二比较器CMP2先翻转，第一比较器CMP1的输出控制第一斜坡电压采样模块SH1对第一比较器CMP1翻转时的第一斜坡电压VRAMP1进行采样，第一斜坡电压采样模块SH1将采样结果输出到比例模块缩小后再送入第二误差放大器EA2。当第二比较器CMP2输出翻转时，第二比较器CMP2的输出控制第二斜坡电压采样模块SH2对第二比较器CMP2翻转时的第二斜坡电压VRAMP2进行采样，采样之后将结果送入第二误差放大器EA2。第二误差放大器EA2将采样的两个斜坡电压的误差进行放大，输出结果送入运算跨导放大器OTA转换成电流，再由电流镜模块复制得到给第一电容C2和第二电容C2充电的第一斜坡电流IRAMP1和第二斜坡电流IRAMP2，两个电流比例为M₁:1。由此形成一个负反馈结构不断调整斜坡电流进而不断调整斜坡电压，最后调整稳定之后，第二斜坡电压VRAMP2的上升斜率与电感电流的下降斜率保持一定的比例，该比例可以自行设定，即自行设定M₂的值。上述方法的核心在于通过负反馈环路来达到用两个斜坡对电感电流下降斜率检测并跟随的目的，关于跟随的斜率的关系不做限定，根据任意给定的斜率关系调整比例模块的系数同样可以达到斜率检测和跟随的目的。

本发明利用第一比较器CMP1和第二比较器CMP2的输出控制第一斜坡电压采样模块SH1和第二斜坡电压采样模块SH2对斜坡电压VRAMP1和VRAMP2进行采样保持，再将第一斜坡电压VRAMP1的采样值经过一个比例运算之后与第二斜坡电压VRAMP2的采样值送入误差放大器EA2，误差值经过运算跨导放大器转换成斜坡电流，从而达到调整斜坡大小的目的。除此之外，一些实施例中还设置了延时模块，令第二比较器CMP2的输出信号经过延时模块后再产生控制变换器中开关器件导通和关断的控制信号，如图4所示，延时模块包括第三比较器CMP3、第三电容C3和第三开关S3；电流镜模块还用于将跨导放大器OTA的输出电流进行镜像产生第三斜坡电流IRAMP3连接至第三电容C3的第一连接端，第三电容C3的第二连接端接地，第三开关S3接在第三电容C3两端；第三开关S3的控制端连接第二比较器CMP2的输出端；第三比较器CMP3的负向输入端连接第三电容C3的第一连接端，其正向输入端连接第二斜坡电压采样模块SH2的输出电压，其输出信号用于产生控制变换器中开关器件导通和关断的控制信号。

在变换器每个开关周期的导通定时开始时控制第三开关S3闭合，导通定时结束后控制第二开关S2断开，当第二比较器CMP2的输出信号状态翻转时控制第二开关S2闭合、第三开关S3断开，当第三开关S3断开时，第三斜坡电流IRAMP3对第三电容C3进行充电，同时第三比较器CMP3对第二斜坡电压VRAMP2的采样值和第三电容C3上的第三斜坡电压VRAMP3进行比较来达到计时的目的。其中第三比较器CMP3获取的第二斜坡电压VRAMP2的采样值可以复用第二斜坡电压采样模块SH2，也可以另外设置一个第三斜坡电压采样模块SH3。为了设置延时大小与第二斜坡电压VRAMP2上升时间一样，令第二电容C2和第三电容C3的电容比为N₂:1，第二斜坡电流IRAMP2与第三斜坡电流IRAMP3的比例为M₂×N₂:1。

关于各个比例的计算说明如下：

如图5所示，第一斜坡电压VRAMP1的上升斜率为Se1，第二斜坡电压VRAMP2的上升斜率为Se2，电感电流的下降斜率为Sf，由于IRAMP2:IRAMP2＝M₁:1，C1:C2＝N₁:1，则Se1:Se2＝M₁/N₁:1，又Se2:Sf＝M₂:1，则：

S_e1:S_e2:S_f＝M₁M₂/N₁:M₂:1

由基本的几何计算可知：

h2和h1可理解为第二斜坡电压VRAMP2和第一斜坡电压VRAMP1的采样电压值，由以上等式可以得到：

所以当取定N₁、M₁、M₂的值时，可以通过检测两个时间差Δt1与Δt2的关系的方法来调整斜坡斜率。例如，这里取M₁＝3，N₁＝1，M₂＝1，即使得第二斜坡电压VRAMP2的斜率跟踪采样电感电流下降的斜率，此时

通过电路来检测这两个时间的大小关系就可以知道斜坡电压斜率的调整方向。当Δt1>Δt2时，第二斜坡电压VRAMP2的斜率小于采样电感电流下降的斜率，此时应该在保持斜坡电压VRAMP1和VRAMP2斜率比值不变的同时增大他们的上升斜率。同理，当Δt1<Δt2时，第二斜坡电压VRAMP2的斜率大于采样电感电流下降的斜率，此时同样应该在保持斜坡电压VRAMP1和VRAMP2斜率比值不变的同时减小他们的上升斜率。当Δt1＝Δt2时，斜坡电压VRAMP2的斜率等于采样电感电流下降的斜率，此时反馈环路完成调节，达到了斜坡电压VRAMP2的上升斜率跟踪采样电感电流下降斜率的效果，即实现所设定的M₂。

由于斜坡电压与Δt1和Δt2两个时间差有如下关系：

进一步计算得到：

就是比例模块设置的比例。

下面对延时时间Δt3进行计算，由波形图几何计算得：

由S_e1:S_e2:S_f＝M₁M₂/N₁:M₂:1可知，S_f＝S_e2/M₂，带入可以得到Δt3：

由电路结构有：

由两个Δt3相等可以得到：

变形得

即令第三斜坡电压VRAMP3的上升斜率S_e3等于电感电流的下降斜率S_f，从而设定延时时间Δt3。

下面以N₁＝1，N₂＝1，M₁＝3，M₂＝1为例进行说明，即第一电容C1、第二电容C2和第一电容C3的电容值相等，令电流镜模块产生的第一斜坡电流IRAMP1:第二斜坡电流IRAMP2:第三斜坡电流IRAMP3＝3:1:1，通过上述计算可得比例模块的比例为2/3。结合图5所示的波形控制图可以看出，在t₀时刻，恒定导通时间Ton开始，采样电感电流逐渐上升，其上升斜率为Sn。在t₁时刻，恒定导通时间Ton结束，此时采样电感电流开始下降，其下降斜率为Sf。同时，两个斜坡电压VRAMP1和VRAMP2在V_C上开始上升，两个斜坡信号的上升斜率分别为Se1和Se2，并且本实施例中其大小关系固定为：

Se1:Se2＝3:1

随着电感电流下降和斜坡电压VRAMP1和VRAMP2的上升，电感电流采样信号和第一斜坡电压VRAMP1这两个信号在t₂时刻相碰，此时第一斜坡电压VRAMP1的上升时间即为Δt1，此时对第一斜坡电压VRAMP1进行采样，其大小记为Vramp1,t₂。同样的，随着电感电流继续下降和第二斜坡电压VRAMP2继续上升，电感电流采样信号和第二斜坡电压VRAMP2这两个信号会在t₃时刻再次相碰，此时第二斜坡电压VRAMP2的上升时间即为Δt1+Δt2，此时对第二斜坡电压VRAMP2进行采样，其大小记为Vramp2,t₃。当电感电流逐渐下降并最终等于第一误差放大器EA1输出电压V_C与第二斜坡电压VRAMP2的和，第二比较器CMP2输出信号控制对此时的第二斜坡电压VRAMP2进行采样保持，同时与第二斜坡电压VRAMP2斜率相同的另一个斜坡即第三斜坡电压VRAMP3开始上升，当第三斜坡电压VRAMP3上升到第二斜坡电压VRAMP2的采样值时，第三比较器CMP3输出翻转，即当第二斜坡电压VRAMP2与检测的电感电流相碰后，再通过一个延时Δt3就开始下一个开关周期。延时时间Δt3的大小为Δt1+Δt2，即第二斜坡电压VRAMP2的上升时间。本实施例中第二电容C2和第三电容C3大小相等，并且充电的斜坡电流也相等，所以最后的延时大小与第二斜坡电压VRAMP2上升时间一样，延时结束后第三比较器CMP3的输出控制Ton定时器进行导通时间计时，功率开关MOS管M1打开，电感电流上升，计时结束后，功率开关MOS管M1关闭，电感电流下降，环路又开始检测。环路检测与控制部分最终实现的功能为在检测到下降电感电流信号到达一定值(即V_C+VRAMP2)后再延时一段时间，即使得电感电流进一步下降而不是立即打开功率开关MOS管M1使得电感电流上升。延时的计算不限于上述实现方法，但达成的等效控制效果为采样电感电流信号碰到误差放大器输出电压V_C后才开始Ton计时。

本实施例中通过比较两个斜坡电压VRAMP1、VRAMP2与采样电流信号相碰的时间差从而来调整三个斜坡电压的绝对大小，时间差的大小不是直接通过比较时间，而是通过相碰时两个采样斜坡值Vramp1,t₂、Vramp2,t₃的关系得到。当Δt1＝Δt2时，两个采样斜坡值的大小关系为：

2/3*Vramp1,t₂＝Vramp2,t₃

当采样的两个斜坡值不满足上式时，说明Δt1和Δt2不相等。然后通过负反馈环路调节三个斜坡电流大小，当采样的两个斜坡电压满足2/3*Vramp1,t₂＝Vramp2,t₃时，就可以得到Δt1＝Δt2。斜坡调整完成后本实施例中两个斜坡电压VRMAP1、VRAMP2与电感电流采样斜坡斜率的比例关系为：

Se1:Se2:Sf＝3:1:1

如图5的波形所示，该控制方法的波形与无斜坡时控制波形是一样的，不同之处在于每个周期Ton开始的时刻不是采样电感电流信号与第一误差放大器的输出电压V_C相碰，而是在与斜坡信号Se2与Sf相碰之后，通过一个延时模块进行一个延时来达到无斜坡的一个控制。理论上，该电路不会引入额外的零极点，从而能够提升环路的带宽，提升响应速度。并且第三斜坡电压也是自适应的，第一斜坡电压VRAMP1和第二斜坡电压VRAMP2的比例关系被固定，通过比较这两个采样斜坡值的大小来调节第三斜坡电压的斜率，从而使得第三斜坡电压的斜率与电感电流下降的斜率关系固定。

仿真实现波形如图6所示，在相同补偿条件下负载发生阶跃时，可以看到带自适应斜坡补偿的变换器输出具有更快的响应速度，而固定斜坡补偿由于引入额外的零极点，导致系统环路带宽和相位裕度降低，响应速度变慢。

本发明在传统一个斜坡的基础上引入另一个斜坡，利用两个斜坡VRAMP1和VRAMP2对电感电流信号进行检测，然后通过负反馈电路对斜坡进行调节，使得斜坡斜率跟踪电感电流下降斜率并成固定比例，第一斜坡电压VRAMP1和第二斜坡电压VRAMP2都不直接参与控制，而是通过测量第一斜坡电压VRAMP1和第二斜坡电压VRAMP2的采样电压值的相对大小来调控两个斜坡，当取定Se1与Se2的比例关系时，两个采样电压的比例关系也同样确定了。并且通过延时电路使得控制波形达到无斜坡时的控制波形，实施例中引入的延时结构会使得两个斜坡与采样电感电流斜率的比例关系也确定下来。由于电感电流下降斜率随应用条件不同而变化，所以最终两个斜坡会跟着外部条件变化，这样就保证斜坡Se1、Se2与电感电流斜率Sf的比例不变。

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它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内。

Claims (3)

1.一种自适应斜坡补偿电路，适用于电流控制模式的变换器，所述变换器通过控制开关器件的导通和关断改变电感电流，从而控制输出电压；

其特征在于，所述自适应斜坡补偿电路包括第一误差放大器、第二误差放大器、第一比较器、第二比较器、第一斜坡电压采样模块、第二斜坡电压采样模块、电感电流采样模块、比例模块、跨导放大器、电流镜模块、第一电容、第二电容、第一开关和第二开关；

第一误差放大器的正向输入端连接基准电压，其负向输入端连接所述变换器输出电压的采样值，其输出端连接第一比较器的第一正向输入端和第二比较器的第一正向输入端；

所述电感电流采样模块用于采样所述变换器的电感电流并产生电感电流采样电压；

第一比较器的第二正向输入端连接第一电容的第一连接端和所述第一斜坡电压采样模块的采样输入端，其负向输入端连接所述电感电流采样电压，其输出端连接第一斜坡电压采样模块的控制端和第一开关的控制端；

第二比较器的第二正向输入端连接第二电容的第一连接端和所述第二斜坡电压采样模块的采样输入端，其负向输入端连接所述电感电流采样电压，其输出端连接第二斜坡电压采样模块的控制端和第二开关的控制端；

第一电容和第二电容的第二连接端均接地，第一开关和第二开关分别接在第一电容和第二电容两端；

所述电流镜模块用于对跨导放大器的输出电流进行镜像产生第一斜坡电流连接至第一电容的第一连接端和产生第二斜坡电流连接至第二电容的第一连接端，其中所述电流镜模块产生的所述第一斜坡电流和所述第二斜坡电流的电流比为M₁:1，第一电容和第二电容的电容比为N₁:1，M₁>N₁；

所述比例模块的输入端连接所述第一斜坡电压采样模块的输出电压，用于将所述第一斜坡电压采样模块的输出电压乘以比例

后输出至第二误差放大器的负向输入端，M₂:1为所述第二斜坡电流上升斜率与所述变换器的电感电流下降斜率的比例；

第二误差放大器的正向输入端连接所述第二斜坡电压采样模块的输出电压，其输出端连接跨导放大器的输入端；

在所述变换器每个开关周期的导通定时结束后，所述第一比较器的输出信号和第二比较器的输出信号分别控制第一开关和第二开关断开；在开关周期内当所述第一比较器的输出信号状态翻转时控制第一开关闭合，同时控制所述第一斜坡电压采样模块进行采样保持；当所述第二比较器的输出信号状态翻转时控制第二开关闭合，同时控制所述第二斜坡电压采样模块进行采样保持；

所述第二比较器的输出信号用于产生控制所述变换器中开关器件导通和关断的控制信号。

2.根据权利要求1所述的自适应斜坡补偿电路，其特征在于，所述第二比较器的输出信号还需要经过延时模块后再产生控制所述变换器中开关器件导通和关断的控制信号，所述延时模块包括第三比较器、第三电容和第三开关；

所述电流镜模块还用于将跨导放大器的输出电流进行镜像产生第三斜坡电流连接至第三电容的第一连接端，第三电容的第二连接端接地，第三开关接在第三电容两端；第二电容和第三电容的电容比为N₂:1，所述第二斜坡电流与所述第三斜坡电流的比例为M₂×N₂:1；

第三开关的控制端连接第二比较器的输出端，在所述变换器每个开关周期的导通定时开始时，所述第二比较器的输出信号控制第三开关闭合，当所述第二比较器的输出信号状态翻转时控制第三开关断开；

第三比较器的负向输入端连接第三电容的第一连接端，其正向输入端连接所述第二斜坡电压采样模块的输出电压，其输出信号用于产生控制所述变换器中开关器件导通和关断的控制信号。

3.根据权利要求2所述的自适应斜坡补偿电路，其特征在于，M₂＝1，N₂＝1。

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