CN113794372A - 升降压变换器及其斜坡补偿电路 - Google Patents

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Abstract

提供了升降压变换器及其斜坡补偿电路。用于升降压变换器的斜坡补偿电路，包括：斜坡电压生成电路，被配置为基于基准电压，生成第一和第二斜坡电压；以及补偿电流生成电路，被配置为基于基准电压、第一和第二斜坡电压、以及升降压变换器的输入和输出电压，生成第一和第二补偿电流，第一补偿电流的变化斜率随着第一斜坡电压的变化而变化，第二补偿电流的变化斜率随着第二斜坡电压的变化而变化。根据本发明实施例的用于升降压变换器的斜坡补偿电路可以生成变化斜率变化的第一和第二补偿电流，从而可以使升降压变换器同时满足宽输入/宽输出电压和高功率带载要求。

Description

升降压变换器及其斜坡补偿电路
技术领域
本发明涉及电路领域，尤其涉及一种升降压变换器及其斜坡补偿电路。
背景技术
目前，诸如适配器电源、汽车电源、以及便携式移动电源之类的电源系统可以产生高于、低于、或者等于输入电压的输出电压。宽输出电压(5-48V)和高功率带载要求(高达240W)给这些电源系统的设计带来了巨大挑战。
发明内容
根据本发明实施例的用于升降压变换器的斜坡补偿电路，包括：斜坡电压生成电路，被配置为基于基准电压，生成第一和第二斜坡电压；以及补偿电流生成电路，被配置为基于基准电压、第一和第二斜坡电压、以及升降压变换器的输入和输出电压，生成第一和第二补偿电流，第一补偿电流的变化斜率随着第一斜坡电压的变化而变化，第二补偿电流的变化斜率随着第二斜坡电压的变化而变化。
根据本发明实施例的用于升降压变换器的斜坡补偿电路可以生成变化斜率变化的第一和第二补偿电流，从而可以使升降压变换器同时满足宽输入/宽输出电压和高功率带载要求。
根据本发明实施例的升降压变换器，包括上述用于升降压变换器的斜坡补偿电路。
根据本发明实施例的升降压变换器可以同时满足宽输入/宽输出电压和高功率带载要求。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：
图1示出了根据本发明实施例的用于升降压变换器的斜坡补偿电路的示意框图；
图2示出了图1所示的斜坡电压生成电路的示例电路图；
图3示出了图1所示的补偿电流生成电路的示例电路图；
图4示出了与图2所示的斜坡电压生成电路和图3所示的补偿电流生成电路有关的多个信号的示例波形图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件、和算法的任何修改、替换、和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。
为了满足宽输入/宽输出电压要求，电源系统从单纯的降压或者升压变换器变为了升降压变换器。频率固定的电流模式升降压变换器需要斜坡补偿电路来解决次谐波振荡问题。但是，传统的固定斜率补偿技术无法使升降压变换器同时满足宽输入/宽输出电压和高功率带载要求。
鉴于上述问题，本发明提出了一种用于升降压变换器的斜坡补偿电路，可以使升降压变换器同时满足宽输入/宽输出电压和高功率带载要求。
图1示出了根据本发明实施例的用于升降压变换器的斜坡补偿电路的示例框图。如图1所示，用于升降压变换器的斜坡补偿电路100包括斜坡电压生成电路102和补偿电流生成电路104，其中：斜坡电压生成电路102被配置为基于基准电压，生成第一和第二斜坡电压；补偿电流生成电路104被配置为基于基准电压、第一和第二斜坡电压、以及升降压变换器的输入和输出电压，生成第一和第二补偿电流。这里，第一补偿电流的变化斜率随着第一斜坡电压的变化而变化，第二补偿电流的变化斜率随着第二斜坡电压的变化而变化。
根据本发明实施例的用于升降压变换器的斜坡补偿电路可以生成变化斜率变化的第一和第二补偿电流，从而可以使升降压变换器同时满足宽输入/宽输出电压和高功率带载要求。
在一些实施例中，斜坡电压生成电路102可以进一步被配置为：基于基准电压，生成振荡时钟信号；基于振荡时钟信号，生成第一和第二时钟信号；基于第一时钟信号，生成第一斜坡电压；以及基于第二时钟信号，生成第二斜坡电压。
在一些实施例中，斜坡电压生成电路102可以进一步被配置为：基于基准电压，利用第一电流源和第一电容器生成斜坡振荡电压；以及基于基准电压和斜坡振荡电压，利用电压比较器生成振荡时钟信号。
在一些实施例中，斜坡电压生成电路102可以进一步被配置为：基于第一时钟信号，利用第二电流源和第二电容器生成第一斜坡电压；基于第二时钟信号，利用第三电流源和第三电容器生成第二斜坡电压。
在一些实施例中，补偿电流生成电路104可以进一步被配置为：基于基准电压，生成至少两个阈值电压；根据第一斜坡电压与至少两个阈值电压的大小对比关系，基于升降压变换器的输入和输出电压生成第一补偿电流；以及根据第二斜坡电压与至少两个阈值电压的大小对比关系，基于升降压变换器的输入和输出电压生成第二补偿电流。
在一些实施例中，补偿电流生成电路104可以进一步被配置为：基于基准电压，利用电阻分压网络生成至少两个阈值电压。
在一些实施例中，至少两个阈值电压依次增大，补偿电流生成电路104可以进一步被配置为：基于升降压变换器的输入和输出电压，生成第一和第二基准电流；基于第一基准电流，生成第一组镜像电流，其中，第一组镜像电流包括至少两个镜像电流；基于第二基准电流，生成第二组镜像电流，其中，第二组镜像电流包括至少两个镜像电流；当第一斜坡电压不小于至少两个阈值电压中的最小阈值电压时，基于第一组镜像电流中的至少一个镜像电流生成第一补偿电流；当第二斜坡电压不小于至少两个阈值电压中的最小阈值电压时，基于第二组镜像电流中的至少一个镜像电流生成第二补偿电流。
在一些实施例中，补偿电流生成电路104可以进一步被配置为：基于升降压变换器的输入和输出电压，利用跨导放大器生成第一和第二基准电流。
在一些实施例中，当第一斜坡电压小于第一阈值电压时，第一补偿电流为零，并且当第二斜坡电压小于第一阈值电压时，第二补偿电流为零。
图2示出了图1所示的斜坡电压生成电路的示例电路图。在图2所示的示例电路中，CLK_OSC代表振荡时钟信号，CLK_BUK代表第一时钟信号，CLK_BST代表第二时钟信号，VREF代表基准电压，VRMP_OSC代表斜坡振荡电压，VRMP_BUK代表第一斜坡电压，VRMP_BST代表第二斜坡电压，其中：振荡时钟信号CLK_OSC控制开关管M1的导通与关断；当开关管M1处于关断状态时，第一电流源I1对第一电容器C1充电，在第一电容器C1上产生斜坡振荡电压VRMP_OSC；电压比较器1对斜坡振荡电压VRMP_OSC和基准电压VREF进行比较，生成振荡时钟信号CLK_OSC；分频器对振荡时钟信号CLK_OSC进行分频，生成第二时钟信号CLK_BST；反相器对第二时钟信号CLK_BST进行反相，生成与第二时钟信号CLK_BST的相位相反、频率相同的第一时钟信号CLK_BUK；单次触发电路1基于第一时钟信号CLK_BUK控制开关管M2的导通与关断；当开关管M2处于关断状态时，第二电流源I2对第二电容器C2充电，在第二电容器C2上产生第一斜坡电压VRMP_BUK；单次触发电路2基于第二时钟信号CLK_BST控制开关管M3的导通与关断；当开关管M3处于关断状态时，第三电流源I3对第三电容器C3充电，在第三电容器C3上产生第二斜坡电压VRMP_BST。
在一些示例中，振荡时钟信号CLK_OSC的频率可以是第一时钟信号CLK_BUK和第二时钟信号CLK_BST的频率的两倍，此时来自第一电流源I1的第一电流I1、来自第二电流源I2的第二电流I2、来自第三电流源I3的第三电流I3、第一电容器C1的电容C1、第二电容器C2的电容C2、以及第三电容器C3的电容C3满足以下等式(1)：
I1/C1＝2*I2/C2＝2*I3/C3等式(1)
图3示出了图1所示的补偿电流生成电路的示例电路图。在图3所示的示例电路中，ISINK代表第一基准电流，ISOURCE代表第二基准电流，ID2、ID3、ID4分别代表组成第一组镜像电流的第一、第二、和第三镜像电流，ID15、ID16、ID17分别代表组成第二组镜像电流的第四、第五、和第六镜像电流，ISLP_BUK代表第一补偿电流，ISLP_BST代表第二补偿电流，VOUT代表升降压变换器的输出电压，VIN代表升降压变换器的输入电压，VREF代表基准电压，VT1、VT2、VT3分别代表第一、第二、和第三阈值电压，VRMP_BUK代表第一斜坡电压，VRMP_BST代表第二斜坡电压，其中：基准电压VREF通过缓冲器OP以及电阻分压网络(包括电阻R1-R4)产生第一、第二、和第三阈值电压VT1、VT2、VT3，VT1<VT2<VT3；k倍(0<k<1)的输出电压k*VOUT和k倍(0<k<1)的输入电压k*VIN通过跨导放大器Gm产生第一和第二基准电流ISINK和ISOURCE；当VOUT<VIN时，跨导放大器Gm产生第一基准电流ISINK；第一基准电流ISINK通过电流镜产生第一、第二、和第三镜像电流ID2、ID3、ID4；当VRMP_BUK<VT1时，第一补偿电流ISLP_BUK等于0；当VT1<VRMP_BUK<VT2时，ISLP_BUK＝ID2；当VT2<VRMP_BUK<VT3时，ISLP_BUK＝ID2+ID3；当VT3<VRMP_BUK时，ISLP_BUK＝ID2+ID3+ID4；当VOUT>VIN时，跨导放大器Gm产生第二基准电流ISOURCE；第二基准电流ISOURCE通过电流镜产生第四、第五、和第六镜像电流ID15、ID16、ID17；当VRMP_BST<VT1时，第二补偿电流ISLP_BST等于0；当VT1<VRMP_BST<VT2时，ISLP_BST＝ID15；当VT2<VRMP_BST<VT3时，ISLP_BST＝ID15+ID16；当VT3<VRMP_BST时，ISLP_BST＝ID15+ID16+ID17。
图4示出了与图2所示的斜坡电压生成电路和图3所示的补偿电流生成电路有关的多个信号的示例波形图。从图4可以看出，斜坡振荡电压VRAMP_OSC从其最小值逐渐增大，并且在增大到基准电压VREF时迅速减小；在斜坡振荡电压VRAMP_OSC从其最小值逐渐增大到基准电压VREF的过程中，振荡时钟信号CLK_OSC处于高电平；在斜坡振荡电压VRAMP_OSC从基准电压VREF减小到其最小值的过程中，振荡时钟信号CLK_OSC处于低电平；在第一时钟信号CLK_BUK的每个周期内，第一斜坡电压VRAM_BUK从其最小值增大到第一阈值电压VT1、从第一阈值电压VT1增大到第二阈值电压VT2、从第二阈值电压VT2增大到第三阈值电压VT3、再从第三阈值电压VT3增大到其最大值；第一补偿电流ISLP_BUK在第一斜坡电压VRAM_BUK从其最小值增大到第一阈值电压VT1的过程中保持不变，在第一斜坡电压VRAM_BUK从第一阈值电压VT1增大到第二阈值电压VT2的过程中以第一斜率减小，在第一斜坡电压VRAM_BUK从第二阈值电压VT2增大到第三阈值电压VT3的过程中以第二斜率减小，并且在第一斜坡电压VRAM_BUK从第三阈值电压VT3增大到其最大值的过程中以第三斜率减小；在第二时钟信号CLK_BST的每个周期内，第二斜坡电压VRAM_BST从其最小值增大到第一阈值电压VT1、从第一阈值电压VT1增大到第二阈值电压VT2、从第二阈值电压VT2增大到第三阈值电压VT3、再从第三阈值电压VT3增大到其最大值；第二补偿电流ISLP_BST在第二斜坡电压VRAM_BST从其最小值增大到第一阈值电压VT1的过程中保持不变，在第二斜坡电压VRAM_BST从第一阈值电压VT1增大到第二阈值电压VT2的过程中以第四斜率增大，在第二斜坡电压VRAM_BST从第二阈值电压VT2增大到第三阈值电压VT3的过程中以第五斜率增大，并且在第二斜坡电压VRAM_BST从第三阈值电压VT3增大到其最大值的过程中以第六斜率增大。
在包括图2所示的斜坡生成电路和图3所示的补偿电流生成电路的升降压变换器中，由于第一补偿电流ISLP_BUK和第二补偿电流ISLP_BST的变化斜率分别随着第一斜坡电压VRAM_BUK和第二斜坡电压VRAM_BST的变化而变化，可以同时满足宽输入/宽输出电压和高功率带载要求。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (11)

1.一种用于升降压变换器的斜坡补偿电路，包括：
斜坡电压生成电路，被配置为基于基准电压，生成第一和第二斜坡电压；以及
补偿电流生成电路，被配置为基于所述基准电压、所述第一和第二斜坡电压、以及所述升降压变换器的输入和输出电压，生成第一和第二补偿电流，所述第一补偿电流的变化斜率随着所述第一斜坡电压的变化而变化，所述第二补偿电流的变化斜率随着所述第二斜坡电压的变化而变化。
2.根据权利要求1所述的斜坡补偿电路，其中，所述斜坡电压生成电路进一步被配置为：
基于所述基准电压，生成振荡时钟信号；
基于所述振荡时钟信号，生成第一和第二时钟信号；
基于所述第一时钟信号，生成所述第一斜坡电压；以及
基于所述第二时钟信号，生成所述第二斜坡电压。
3.根据权利要求2所述的斜坡补偿电路，其中，所述斜坡电压生成电路进一步被配置为：
基于所述基准电压，利用第一电流源和第一电容器生成斜坡振荡电压；以及
基于所述基准电压和所述斜坡振荡电压，利用电压比较器生成所述振荡时钟信号。
4.根据权利要求2所述的斜坡补偿电路，其中，所述斜坡电压生成电路进一步被配置为：
基于所述第一时钟信号，利用第二电流源和第二电容器生成所述第一斜坡电压。
5.根据权利要求2所述的斜坡补偿电路，其中，所述斜坡电压生成电路进一步被配置为：
基于所述第二时钟信号，利用第三电流源和第三电容器生成所述第二斜坡电压。
6.根据权利要求1所述的斜坡补偿电路，其中，所述补偿电流生成电路进一步被配置为：
基于所述基准电压，生成至少两个阈值电压；
根据所述第一斜坡电压与所述至少两个阈值电压的大小对比关系，基于所述升降压变换器的输入和输出电压生成所述第一补偿电流；以及
根据所述第二斜坡电压与所述至少两个阈值电压的大小对比关系，基于所述升降压变换器的输入和输出电压生成所述第二补偿电流。
7.根据权利要求6所述的斜坡补偿电路，其中，所述补偿电流生成电路进一步被配置为：
基于所述基准电压，利用电阻分压网络生成所述至少两个阈值电压。
8.根据权利要求6所述的斜坡补偿电路，其中，所述至少两个阈值电压依次增大，所述补偿电流生成电路进一步被配置为：
基于所述升降压变换器的输入和输出电压，生成第一和第二基准电流；
基于所述第一基准电流，生成第一组镜像电流，其中，所述第一组镜像电流包括至少两个镜像电流；
基于所述第二基准电流，生成第二组镜像电流，其中，所述第二组镜像电流包括至少两个镜像电流；
当所述第一斜坡电压不小于所述至少两个阈值电压中的最小阈值电压时，基于所述第一组镜像电流中的至少一个镜像电流生成所述第一补偿电流；以及
当所述第二斜坡电压不小于所述至少两个阈值电压中的最小阈值电压时，基于所述第二组镜像电流中的至少一个镜像电流生成所述第二补偿电流。
9.根据权利要求8所述的斜坡补偿电路，其中，所述补偿电流生成电路进一步被配置为：
基于所述升降压变换器的输入和输出电压，利用跨导放大器生成所述第一和第二基准电流。
10.根据权利要求9所述的斜坡补偿电路，其中，当所述第一斜坡电压小于所述至少两个阈值电压中的最小阈值电压时，所述第一补偿电流为零，并且当所述第二斜坡电压小于所述至少两个阈值电压中的最小阈值电压时，所述第二补偿电流为零。
11.一种升降压变换器，包括权利要求1至10中任一项所述的斜坡补偿电路。
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