CN113114031B - 带误差补偿的斜波注入电路和开关电源中的误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

带误差补偿的斜波注入电路和开关电源中的误差补偿方法，斜波注入电路中斜波电压产生模块根据第一控制信号产生斜波电压，误差补偿模块根据第一控制信号对参考电压进行滤波控制产生补偿电压，第一控制信号为第一状态时控制斜波电压的电压值线性上升、滤波器对参考电压进行滤波，第一控制信号为第二状态时控制斜波电压的电压值为零、滤波器输入端接地，调整斜波电压或参考电压令滤波器输出的补偿电压与斜波电压的峰值电压相等，将斜波电压减去补偿电压后作为最终斜波电压。本发明应用于开关电源时，将参考电压叠加斜波电压并减去补偿电压作为最终比较基准，使得比较基准恒定，实现不同占空比情况下输出电压保持恒定，消除斜波电压带来的误差。

Description

带误差补偿的斜波注入电路和开关电源中的误差补偿方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种斜波注入电路，特别是一种具有误差补偿功能的斜波注入电路，以及开关电源中采用本发明提出的斜波注入电路进行误差补偿的方法。

背景技术

随着技术发展，为满足市场需求，对开关电源的要求也越来越高，通常要求开关电源具有响应速度快等优点。固定导通时间的开关电源为了简化外围器件，减小输出纹波，在内部会集成斜波注入电路。如图1所示，传统内部集成斜波注入电路的固定导通时间开关电源中，斜波注入电路产生斜波电压Vripple并与参考电压Vref叠加后与开关电源输出电压Vout的反馈电压Vfb进行比较，根据比较结果进行脉冲宽度调制PWM。

但这种结构在不同的占空比情况下，注入的斜波不同，如图3所示，图3中(b)、(c)、(d)分别是三种不同占空比对应的斜波电压Vripple与参考电压Vref叠加后再与反馈电压Vfb进行比较的情况，图3中(a)是将图3中(b)、(c)、(d)三种情况画在一起的示意图，可以看出三种不同占空比对应的斜波电压Vripple不同，导致Vripple与Vref叠加的值不同，从而导致反馈电压Vfb的变化。

由于开关电源输出电压Vout＝Vfb*(R1+R2)/R1＝(Vref+Vripple)*(R1+R2)/R1，因此在不同的占空比情况下，反馈电压Vfb不同，开关电源的输出电压Vout也是不同的。可见传统的斜波注入电路会令开关电源引入输出误差，需要提出一种能够补偿输出误差的斜波注入电路。

发明内容

针对内部集成斜波注入电路的开关电源中由斜波电压引入的输出误差问题，本发明提出一种带误差补偿的斜波注入电路，能够产生一个与斜波电压的峰值电压始终相等的补偿电压，从而实现对斜波电压输出误差的补偿；另外还提出将本发明的斜波注入电路应用于开关电源中的方案，消除开关电源的输出误差。

本发明提出的斜波注入电路的技术方案为：

一种带误差补偿的斜波注入电路，包括斜波电压产生模块和误差补偿模块，所述斜波电压产生模块用于根据第一控制信号产生斜波电压，当所述第一控制信号为第一状态时所述斜波电压产生模块控制所述斜波电压的电压值线性上升，当所述第一控制信号为第二状态时所述斜波电压产生模块控制所述斜波电压的电压值为零；

所述误差补偿模块包括滤波器和逻辑单元，所述逻辑单元用于在第一控制信号的控制下将所述滤波器的输入端连接参考电压或接地，当所述第一控制信号为第一状态时所述逻辑单元将所述滤波器的输入端连接参考电压，当所述第一控制信号为第二状态时所述逻辑单元将所述滤波器的输入端接地；

所述滤波器的输出端产生补偿电压，所述斜波注入电路将所述斜波电压减去所述补偿电压后作为最终斜波电压并输出；通过调整所述斜波电压或所述参考电压的电压值，令所述补偿电压的电压值与所述斜波电压的峰值电压相等。

具体的，所述斜波电压产生模块包括第一电容、第一开关、第二开关和电流源，第一电容的第一连接端接地，其第二连接端一方面通过第一开关后连接电流源，另一方面通过第二开关后接地；第一开关和第二开关由所述第一控制信号控制，当所述第一控制信号为第一状态时控制第一开关导通、第二开关断开，当所述第一控制信号为第二状态时控制第一开关断开、第二开关导通，第一电容的第二连接端输出所述斜波电压；通过调整第一电容的电容值和/或电流源的电流值来调整所述斜波电压的电压值，使得所述斜波电压的峰值电压与所述补偿电压的电压值保持相等。

具体的，所述逻辑单元包括第三开关和第四开关，第三开关接在所述滤波器的输入端和所述参考电压之间，第四开关接在所述滤波器的输入端和地之间，第三开关和第四开关由所述第一控制信号控制，当所述第一控制信号为第一状态时控制第三开关导通、第四开关断开，当所述第一控制信号为第二状态时控制第三开关断开、第四开关导通。

具体的，所述滤波器包括第一电阻和第二电容；第一电阻的第一连接端作为所述滤波器的输入端，其第二连接端作为所述滤波器的输出端并通过第二电容后接地。

将本发明提出的斜波注入电路应用于开关电源中消除输出误差，技术方案如下：

一种开关电源中的误差补偿方法，所述开关电源将参考电压叠加斜波电压后的信号作为比较基准用于与所述开关电源输出电压的反馈电压进行比较，并根据比较结果产生脉宽调制信号控制所述开关电源中开关器件的工作占空比，所述斜波电压与所述开关电源中开关器件的工作占空比有关，当所述开关电源中开关器件的工作占空比不同时所述叠加的斜波电压也不同，造成比较基准的变化；

所述开关电源中斜波电压的误差补偿方法为：设置一滤波电路，在所述斜波电压的电压值上升时，将所述参考电压连接到所述滤波电路的输入端；在所述斜波电压的电压值为零时，将地电压连接到所述滤波电路的输入端；通过调整所述斜波电压的电压值或所述参考电压的电压值，使得所述滤波电路的输出端产生与所述斜波电压的峰值电压相等的补偿电压，将所述参考电压叠加所述斜波电压并减去所述补偿电压后的信号作为最终比较基准用于与所述开关电源输出电压的反馈电压进行比较，使得比较基准恒定，消除斜波电压带来的误差。

具体的，所述开关电源中开关器件包括串联并接在供电电源和地之间的上功率管和下功率管，根据上功率管和下功率管串联点的信号产生第一控制信号，当所述第一控制信号为低电平时控制所述斜波电压的电压值线性上升并控制所述滤波电路的输入端连接所述参考电压，当所述第一控制信号为高电平时控制所述斜波电压的电压值为零并控制所述滤波电路的输入端接地。

具体的，用于产生所述斜波电压的结构包括第一电容、第一开关、第二开关和电流源，第一电容的第一连接端接地，其第二连接端一方面通过第一开关后连接电流源，另一方面通过第二开关后接地；用于控制所述滤波电路输入端连接信号的结构包括第三开关和第四开关，第三开关接在所述滤波电路的输入端和所述参考电压之间，第四开关接在所述滤波电路的输入端和地之间，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关由所述第一控制信号控制，当所述第一控制信号为低电平时控制第一开关和第三开关导通、第二开关和第四开关断开，当所述第一控制信号为高电平时控制第一开关和第三开关断开、第二开关和第四开关导通，第一电容的第二连接端输出所述斜波电压，所述滤波电路的输出端输出所述补偿电压。

本发明的有益效果为：本发明提出的带误差补偿的斜波注入电路既利用第一控制信号产生斜波电压，又利用第一控制信号对参考电压进行滤波控制产生一个直流补偿电压，使得在不同占空比的第一控制信号写补偿电压始终等于斜波电压的峰值电压，实现了对斜波电压的峰值电压在系统上产生误差的补偿；将本发明应用于开关电源中，能够实现不同占空比情况下开关电源的输出电压保持恒定，消除了开关电源的输出误差。

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是传统集成斜波注入电路的开关电源示意图。

图2是现有的产生斜波电压的一种实现电路示意图。

图3是传统集成斜波注入电路的开关电源中在不同占空比下关键信号的波形图，其中(b)(c)(d)分别是三种占空比情况下由控制信号Vsw控制产生斜波电压Vripple并与参考电压Vref叠加后信号Vref+Vripple的波形图、以及对应反馈电压Vfb的波形图，图(a)为整合三种情况的的对比图，可以看出在不同的占空比情况下，开关电源的反馈电压Vfb不同，输出电压也不同，具有较大误差。

图4是将本发明提出的一种带误差补偿的斜波注入电路应用在开关电源中的示意图。

图5是本发明提出的一种带误差补偿的斜波注入电路中在不同占空比下关键信号的波形图，其中(b)(c)(d)分别是三种占空比情况下由控制信号Vsw控制产生初始的斜波电压Vripple、以及将参考电压Vref叠加初始的斜波电压Vripple并减去补偿电压Vec后与开关电源输出电压的反馈电压进行比较的波形图，图(a)为整合三种情况的的对比图，可以看出在不同的占空比情况下，其开关电源的反馈电压相同，即输出电压相同，由于斜波电压引入的误差得以补偿。

图6是本发明提出的一种带误差补偿的斜波注入电路在实施例中的具体电路示意图。

图7是本发明提出的一种斜波注入电路中在不同占空比下关键信号的波形图，其中(b)(c)(d)分别是三种占空比情况下由控制信号Vsw控制产生初始的斜波电压Vripple以及产生的补偿电压Vec的波形图，图(a)为整合三种情况的的对比图，可以看出在不同的占空比情况下，斜波电压Vripple的峰值不同，本发明产生的补偿电压由不同占空比的方波经过滤波得到，其直流值不同，最终能够实现本发明产生的补偿电压保持与斜波电压的峰值相同，以补偿由于斜波电压引入的误差。

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。

需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。比如控制信号的第一状态和第二状态可以互换，可以是第一状态表示高电平、第二状态表示低电平，也可以是第一状态表示低电平、第二状态表示高电平，不影响本发明技术方案的实现。

本发明提出一种带误差补偿的斜波注入电路包括斜波电压产生模块和误差补偿模块，其中斜波电压产生模块用于根据第一控制信号Vsw产生斜波电压Vripple，斜波电压Vripple与第一控制信号Vsw对齐。如图2和图6所示给出了斜波电压产生模块的一种实现方式，包括第一电容201、第一开关202、第二开关203和电流源204，第一电容201的第一连接端接地，其第二连接端一方面通过第一开关202后连接电流源204，另一方面通过第二开关203后接地；第一电容201的第二连接端输出斜波电压Vripple；第一开关202和第二开关203由第一控制信号Vsw控制，使得产生的斜波电压Vripple与第一控制信号Vsw对齐，当第一控制信号Vsw为第一状态时控制第一开关202导通、第二开关203断开，斜波电压Vripple的电压值线性上升；当第一控制信号Vsw为第二状态时控制第一开关202断开、第二开关203导通，斜波电压Vripple的电压值为零。

本发明能够应用于开关电源，由于固定导通时间(包括固定关断时间)的开关电源中为了减小输出纹波往往有斜波注入需求，因此本发明尤其适用于固定导通时间的开关电源。在将本发明应用于固定导通时间的开关电源时，可以根据开关电源中上功率管106和下功率管107的连接处电压Vsw产生第一控制信号，比如图6所示实施例中直接取开关电源中上功率管106和下功率管107的连接处电压Vsw作为第一控制信号Vsw，因此本实施例中第一控制信号Vsw的第一状态为低电平，第二状态为高电平，如图3和图7所示，第一控制信号Vsw为低电平时斜波电压Vripple的电压值线性上升，第一控制信号Vsw为高电平时斜波电压Vripple的电压值为零。当然对于其他应用情况，第一控制信号Vsw的第一状态不仅限于低电平，也可以是高电平，对应的第一控制信号Vsw的第二状态也不仅限于高电平，也可以是低电平。

开关电源中，如图所示，上功率管106和下功率管107串联并接在供电电源和地之间，其栅极驱动信号由PWM脉宽调制模块101控制，传统集成斜波电路的开关电源将参考电压Vref叠加斜波电压Vripple直接作为比较基准，再与开关电源输出电压的反馈电压Vfb进行比较，根据比较结果来调整PWM脉宽调制模块101，由于斜波电压Vripple根据上功率管106和下功率管107的连接处电压Vsw来产生，因此斜波电压Vripple与开关电源中开关器件的工作占空比有关，当开关电源中开关器件的工作占空比不同时叠加的斜波电压Vripple也不同，造成了比较基准的变化。

基于此，本发明提出了误差补偿模块用于产生一个直流电压以补偿斜波电压Vripple的误差，误差补偿模块包括滤波器和逻辑单元，逻辑单元用于在第一控制信号Vsw的控制下将滤波器的输入端连接参考电压Vref或接地，当第一控制信号为第一状态时逻辑单元将滤波器的输入端连接参考电压Vref，当第一控制信号为第二状态时逻辑单元将滤波器的输入端接地。如图6所示给出了滤波器和逻辑单元在实施例中的一种实现电路图，本实施例中逻辑单元包括第三开关206和第四开关207，第三开关206接在滤波器的输入端和参考电压Vref之间，第四开关207接在滤波器的输入端和地之间，第三开关206和第四开关207由第一控制信号Vsw控制，当第一控制信号Vsw为第一状态时控制第三开关206导通、第四开关207断开，当第一控制信号Vsw为第二状态时控制第三开关206断开、第四开关207导通。本实施例中滤波器采用第一电阻208和第二电容205实现，当然也可以由其他任何形式的低通滤波器实现，本实施例中第一电阻208的第一连接端作为滤波器的输入端，其第二连接端作为滤波器的输出端并通过第二电容205后接地。

将本发明应用于开关电源中时，可以将斜波电压Vripple连接到比较器102的一个正向输入端，将补偿电压Vec连接到比较器102的一个负向输入端，如图4所示，比较器102的另一个正向输入端连接参考电压Vref，比较器102的另一个负向输入端连接输出电压经过电阻分压后的反馈电压Vfb，使得参考电压Vref叠加斜波电压Vripple并减去补偿电压Vec后的信号作为新的比较基准与反馈电压Vfb进行比较。

如图7所示，本实施例中斜波电压Vripple的峰值电压与第一控制信号(本实施例中第一控制信号为开关电源的开关节点处电压Vsw)的占空比相关，开关电源中，一个开关周期内导通时间Ton越小，关段时间Toff越大，斜波电压Vripple的峰值电压越高，且斜波电压Vripple与Toff线性正比。同时，补偿电压Vec由对滤波器输入电压Vecx滤波得到，所以补偿电压Vec与第一控制信号Vsw的占空比相关，Toff越大，补偿电压Vec越高，且补偿电压Vec与Toff为线性正比，故斜波电压Vripple与补偿电压Vec线性正比，实施例中选择合适的第一电容201的容值和电流源204的电流值、或选择合适的参考电压Vref的电压值，可以使得补偿电压Vec与斜波电压Vripple的峰值电压始终相等，从而补偿斜波电压Vripple引入的误差，仅需在设计时满足Vref＝I*Tsw/C即可，I为电流源204的电流，Tsw为开关周期且Tsw＝Toff+Ton，C为电容201的容值。图7中(b)、(c)、(d)分别是三种不同占空比对应的斜波电压Vripple与补偿电压Vec的情况，图7中(a)是将图7中(b)、(c)、(d)三种情况画在一起的示意图，可以看出三种不同占空比对应的斜波电压Vripple不同，但补偿电压Vec总是等于斜波电压Vripple的峰值电压，因此如图5所示将参考电压Vref叠加斜波电压Vripple减去补偿电压Vec得到的比较基准，在不同占空比对应的反馈电压Vfb是相同的，开关电源的输出电压Vout也相同，实现了对斜波电压引入误差的补偿。

本发明提出通过利用产生斜波电压的第一控制信号来对滤波器进行控制，使得滤波器产生与斜波电压峰值电压相等的补偿电压，实现对斜波电压误差的补偿，实施例中虽然给出一种产生斜波电压的结构，和一种获得补偿电压的逻辑单元结构和滤波器结构，但本领域技术人员应当知晓，其余产生斜波电压的结构和补偿电压的逻辑单元结构及滤波器的结构都可以适用本发明，另本发明所采用的第一开关202、第二开关203和第三开关206可以由工艺允许的任何开关器件及其组合实现；电流源204可以由电流镜实现，也可以由其他方式实现。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 (7)

1.一种带误差补偿的斜波注入电路，包括斜波电压产生模块和误差补偿模块，所述斜波电压产生模块用于根据第一控制信号产生斜波电压，当所述第一控制信号为第一状态时所述斜波电压产生模块控制所述斜波电压的电压值线性上升，当所述第一控制信号为第二状态时所述斜波电压产生模块控制所述斜波电压的电压值为零；

其特征在于，所述误差补偿模块包括滤波器和逻辑单元，所述逻辑单元用于在第一控制信号的控制下将所述滤波器的输入端连接参考电压或接地，当所述第一控制信号为第一状态时所述逻辑单元将所述滤波器的输入端连接参考电压，当所述第一控制信号为第二状态时所述逻辑单元将所述滤波器的输入端接地；

所述滤波器的输出端产生补偿电压，所述斜波注入电路将所述斜波电压减去所述补偿电压后作为最终斜波电压并输出；通过调整所述斜波电压或所述参考电压的电压值，令所述补偿电压的电压值与所述斜波电压的峰值电压相等。

2.根据权利要求1所述的带误差补偿的斜波注入电路，其特征在于，所述斜波电压产生模块包括第一电容、第一开关、第二开关和电流源，第一电容的第一连接端接地，其第二连接端一方面通过第一开关后连接电流源，另一方面通过第二开关后接地；第一开关和第二开关由所述第一控制信号控制，当所述第一控制信号为第一状态时控制第一开关导通、第二开关断开，当所述第一控制信号为第二状态时控制第一开关断开、第二开关导通，第一电容的第二连接端输出所述斜波电压；通过调整第一电容的电容值和/或电流源的电流值来调整所述斜波电压的电压值，使得所述斜波电压的峰值电压与所述补偿电压的电压值保持相等。

3.根据权利要求2所述的带误差补偿的斜波注入电路，其特征在于，所述逻辑单元包括第三开关和第四开关，第三开关接在所述滤波器的输入端和所述参考电压之间，第四开关接在所述滤波器的输入端和地之间，第三开关和第四开关由所述第一控制信号控制，当所述第一控制信号为第一状态时控制第三开关导通、第四开关断开，当所述第一控制信号为第二状态时控制第三开关断开、第四开关导通。

4.根据权利要求1-3任一项所述的带误差补偿的斜波注入电路，其特征在于，所述滤波器包括第一电阻和第二电容；第一电阻的第一连接端作为所述滤波器的输入端，其第二连接端作为所述滤波器的输出端并通过第二电容后接地。

5.一种开关电源中的误差补偿方法，所述开关电源将参考电压叠加斜波电压后的信号作为比较基准用于与所述开关电源输出电压的反馈电压进行比较，并根据比较结果产生脉宽调制信号控制所述开关电源中开关器件的工作占空比，所述斜波电压与所述开关电源中开关器件的工作占空比有关，当所述开关电源中开关器件的工作占空比不同时所述叠加的斜波电压也不同，造成比较基准的变化；

其特征在于，所述开关电源中斜波电压的误差补偿方法为：设置一滤波电路，在所述斜波电压的电压值上升时，将所述参考电压连接到所述滤波电路的输入端；在所述斜波电压的电压值为零时，将地电压连接到所述滤波电路的输入端；通过调整所述斜波电压的电压值或所述参考电压的电压值，使得所述滤波电路的输出端产生与所述斜波电压的峰值电压相等的补偿电压，将所述参考电压叠加所述斜波电压并减去所述补偿电压后的信号作为最终比较基准用于与所述开关电源输出电压的反馈电压进行比较，使得所述开关电源输出电压恒定，消除斜波电压带来的误差。

6.根据权利要求5所述的开关电源中的误差补偿方法，其特征在于，所述开关电源中开关器件包括串联并接在供电电源和地之间的上功率管和下功率管，根据上功率管和下功率管串联点的信号产生第一控制信号，当所述第一控制信号为低电平时控制所述斜波电压的电压值线性上升并控制所述滤波电路的输入端连接所述参考电压，当所述第一控制信号为高电平时控制所述斜波电压的电压值为零并控制所述滤波电路的输入端接地。

7.根据权利要求6所述的开关电源中的误差补偿方法，其特征在于，用于产生所述斜波电压的结构包括第一电容、第一开关、第二开关和电流源，第一电容的第一连接端接地，其第二连接端一方面通过第一开关后连接电流源，另一方面通过第二开关后接地；用于控制所述滤波电路输入端连接信号的结构包括第三开关和第四开关，第三开关接在所述滤波电路的输入端和所述参考电压之间，第四开关接在所述滤波电路的输入端和地之间，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关由所述第一控制信号控制，当所述第一控制信号为低电平时控制第一开关和第三开关导通、第二开关和第四开关断开，当所述第一控制信号为高电平时控制第一开关和第三开关断开、第二开关和第四开关导通，第一电容的第二连接端输出所述斜波电压，所述滤波电路的输出端输出所述补偿电压。

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