CN113922636B - Dc-dc转换器的大带载能力斜坡补偿电路及补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于DC‑DC转换器的大带载能力斜坡补偿电路，包括运算放大器，运算放大器输出端通过源跟随器M2连接电阻R1、MOS管M4漏极，电阻R1连接采样单元一端，采样单元另一端接地，运算放大器正极输入端口接入斜坡补偿电压V_SLOPE，运算放大器负极输入端口连接MOS管M4漏极，MOS管M4栅极接入电流偏置电压V_BIAS2，MOS管M4源极接地；动态调整了采样单元中MOS管M3的导通电阻的大小，保证使用斜坡补偿技术后的采样电流与未使用斜坡补偿时的采样电流一致，保证电感峰值电流不会因为斜坡补偿而下降，消除斜坡补偿对电感电流的影响，消除斜坡补偿对带载能力的影响，提升DC‑DC转换器带载能力。

Description

DC-DC转换器的大带载能力斜坡补偿电路及补偿方法

技术领域

本发明属于电压转换电路技术领域，具体涉及一种用于DC-DC转换器 的大带载能力斜坡补偿电路，还涉及一种用于DC-DC转换器的大带载能力 斜坡补偿方法。

背景技术

电源是一切电子设备的心脏，其性能的优劣关系到整个系统的安全性和 可靠性。在一个系统中可能需要不同的电源电压给系统不同部分进行供电， 通常系统中仅有一个电源，需要转换电路对电源电压进行转换。随着电子设 备的功能越来越强大，对输出电流的要求也越来越高。在峰值电流模式PWM 控制中，当电路中控制主开关管的栅极电压信号占空比大于50％时，会产生次谐波震荡，引起电流内环的不稳定。针对这个问题，采用斜坡补偿技术， 来解决电流环的不稳定问题，但与此同时会带来系统带载能力降低的问题。

传统电路中斜坡补偿对带载能力的影响在于：系统工作的一个周期内， 输出电压经反馈网络后与基准电压比较后，经过误差放大器对其交流小信号 进行放大，输出电压为V_c。采样电路采样出来电感电流信息经过采样电阻后 转化为电压信号V_sense与斜坡补偿电压V_slope、保证电路直流点的电压V_dc相 叠加，V_c与三者相叠加的信号在PWM比较，当V_SLOPE+V_sense+V_dc＝V_c时，PWM 比较器输出信号翻转，通过SR触发器及驱动电路控制主开关管的关断，通 过时钟信号控制SR触发器及驱动电路控制开关管的打开，以此来调整输出 电压。

在V_c保持不变的情况下，随着V_slope的升高，将会带来V_sense的下降，当 将采样出来的电流信息转换为电压的采样电阻保持不变时，采样电流I_sense将 相应的成比例下降，并且由于采样模块对电感电流的采样系数是固定不变 的，将带来电感峰值电流的下降，输出电流大小受电感峰值电流决定，因此 传统电路中由于斜坡补偿的存在会降低系统的输出电流能力，降低系统的带 载能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于DC-DC转换器的带载能力斜坡补偿的电 路，用于消除斜坡补偿对带载能力的影响从而提升DC-DC转换器带载能力。

本发明的另一目的是提供一种用于DC-DC转换器的大带载能力斜坡补 偿方法。

本发明所采用的技术方案是，一种用于DC-DC转换器的大带载能力斜 坡补偿电路，包括运算放大器OP，运算放大器OP输出端通过源跟随器M2 连接电阻R1、MOS管M4漏极，电阻R1连接采样单元一端，采样单元另 一端接地，运算放大器OP正极输入端口接入斜坡补偿电压V_SLOPE，运算放 大器OP负极输入端口连接MOS管M4漏极，MOS管M4栅极接入电流偏置电压V_BIAS2，MOS管M4源极接地。

本发明的特点还在于：

采样单元包括依次连接的偏置电流管M1、电感L、电流采样模块、MOS 管M3的漏极，偏置电流管M1、MOS管M3栅极均连接电阻R1，MOS管 M3源极接地。

电阻R1为调节电阻，电阻R1通过调节MOS管M3的栅极电压，使 MOS管M3导通电阻与栅极电压变化成线性关系。

偏置电流管M1为PMOS管，PMOS管栅极接入电流偏置电压V_BIAS1， PMOS管源极连接输入电压V_IN、电感L。

偏置电流管M1连接控制电流恒定的电流镜，电阻R1和源跟随器M2 的电流恒定。

源跟随器M2为MOS管，源跟随器M2栅极连接运算放大器OP输出端， 源跟随器M2漏极连接电阻R1，源跟随器M2源极连接MOS管M4漏极。

本发明所采用的另一技术方案是，一种用于DC-DC转换器的大带载能 力斜坡补偿方法，具过程如下：

调节斜坡补偿电压V_SLOPE，在偏置电流不变的条件下，MOS管M3的栅 压也会相应跟随斜坡补偿电压V_SLOPE产生变化，MOS管M3在电阻R1的调 节下导通电阻受其栅极电压的控制发生线性变化，采样电流模块采集电路中 的电流I_sense，MOS管M3的源极与漏极之间电压为V_sense，在V_sense保持固定 时，动态调整电路的I_sense，提升系统的带载能力。

本发明的有益效果是：

本发明一种用于DC-DC转换器的大带载能力斜坡补偿电路，动态调整 了MOS管M3电阻大小，可以保证使用斜坡补偿技术后的采样电流与未使用斜坡补偿时的采样电流一致，从而保证电感峰值电流不会因为斜坡补偿而 下降，从而消除斜坡补偿对电感电流的影响，即消除斜坡补偿对带载能力的 影响，从而提升DC-DC转换器带载能力。

附图说明

图1是本发明的一种用于DC-DC转换器的大带载能力斜坡补偿电路结构示意图；

图2是误差放大器与本发明电路关系示意图；

图3是传统电路对系统带载能力的影响变化示意图；

图4是本发明电路对系统带载能力的影响变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种用于DC-DC转换器的大带载能力斜坡补偿电路，如图1所 示，包括运算放大器OP，运算放大器OP输出端通过源跟随器M2连接电阻 R1、MOS管M4漏极，电阻R1连接采样单元一端，采样单元另一端接地， 采样单元包括依次连接的偏置电流管M1、电感L、电流采样模块、MOS管 M3的漏极，偏置电流管M1漏极、MOS管M3栅极均连接电阻R1，MOS 管M3源极接地，偏置电流管M1为PMOS管，PMOS管栅极接入电流偏置 电压V_BIAS1，PMOS管源极连接输入电压V_IN、电感L；运算放大器OP正极 输入端口接入斜坡补偿电压V_SLOPE，运算放大器OP负极输入端口连接MOS 管M4漏极，MOS管M4栅极接入电流偏置电压V_BIAS2，MOS管M4源极接 地，本发明电路能够实现MOS管M3随着斜坡补偿电压的变化而动态调节， 带载能力的提升体现在通过动态的调节MOS管M3的导通电阻来提升电感 峰值电流；通过设置一个运算放大器OP，运算放大器OP的正端输入为斜 坡补偿电压，通过其负反馈的原理使带电流源负载的源跟随器M2的源端电 压为斜坡补偿电压，而通过MOS管M4的电流由斜坡补偿电压所决定，M4 管偏置电压与M1管偏置电压均由外部电流镜决定从而保证该电路通路电流 一致。

偏置电流管M1连接控制电流恒定的电流镜，电阻R1和源跟随器M2 的电流恒定。

源跟随器M2为MOS管，源跟随器M2栅极连接运算放大器OP输出端， 源跟随器M2漏极连接电阻R1，源跟随器M2源极连接MOS管M4漏极。

电阻R1为调节电阻，电阻R1通过调节阻值使MOS管M3导通电阻与栅极电压变化成线性关系。

通过调节电阻R1，使MOS管M3的栅极电压升高I_M4*R₁，由于偏置 电流由外部电路确定，为一固定值，因此I_M4*R₁为一定值，此时，MOS管 M3的栅压变化可以直接反映斜坡补偿电压的变化。给与调节电阻R1合适 的阻值，可以使MOS管M3工作在线性区，此时其导通电阻的大小受栅极 电压的变化控制，因为其栅极电压跟随斜坡补偿电压呈线性变化，因此MOS 管M3的导通电阻与其栅极电压将随斜坡补偿电压的变化呈线性变化。

一种用于DC-DC转换器的大带载能力斜坡补偿方法，具过程如下：

调节斜坡补偿电压V_SLOPE，在偏置电流不变的条件下，MOS管M3的栅 压也会相应产生变化，MOS管M3在电阻R1的调节下导通电阻受其栅极电 压的控制发生线性变化，采样电流模块采集电路中的电流I_sense，MOS管M3 的源极与漏极之间电压为V_sense，在V_sense保持固定时，动态调整电路的I_sense， 提升系统的带载能力。

本发明对于消除斜坡补偿对带载能力的影响在于：随着补偿电压的升 高，MOS管M3的栅极电压跟随斜坡补偿线性升高，使得MOS管M3的导 通电阻随之呈线性下降。引入误差放大器，其中误差放大器与本发明电路关 系如图2所示，在误差放大器输出电压V_c不变的情况下，随着斜坡补偿电 压V_SLOPE的升高，采样电压V_sense会随之下降，但是将采样电流I_sense转换为 采样电压V_sense的MOS管M3阻值也会随之线性下降，因此，会使采样模块 采样出的电流信息I_sense相应的提升，才能满足V_slope+V_sense+V_dc＝V_c，由于电 流采样模块对电感电流的采样系数不变，因此电感电流峰值会相应升高，从 而消除由于系统引入斜坡补偿带来的带载能力降低的问题。

本发明电路产生的V_sense与斜坡补偿电压V_slope、以及保证电流直流工作 点的电压V_dc，叠加后产生信号V_∑，与误差放大器的输出信号在PWM比较 器模块进行比较，当V_∑与误差放大器信号V_c相等时，促使PWM比较器翻 转。

图3为传统电路对系统带载能力的影响示意图，图4为本发明对系统带 载能力影响示意图，根据图3与图4的对比可知，传统电路中，随着斜坡补 偿电压的增加，由于将采样电流转换为采样电压的MOS管(采样电阻)为 固定阻值，因此会使得采样电流的降低，进而使电感峰值电流下降，从而使 得系统输出电流降低进而降低系统带载能力。而本发明动态调整了MOS管 M3(采样电阻)的大小，这样随着补偿电压V_SLOPE的增加，在保证V_c不变 的前提下，由于MOS管M3(采样电阻)阻值发生变化，因此可以保证使 用斜坡补偿技术后的采样电流与未使用斜坡补偿时的采样电流一致，从而保 证电感峰值电流不会因为斜坡补偿而下降，从而消除斜坡补偿对电感电流的 影响，消除斜坡补偿对带载能力的影响。

Claims (4)

1.一种用于DC-DC转换器的大带载能力斜坡补偿电路，其特征在于，包括运算放大器OP，源跟随器M2为MOS管，所述源跟随器M2栅极连接运算放大器OP输出端，所述源跟随器M2漏极连接电阻R1一端，所述源跟随器M2源极连接MOS管M4漏极，所述电阻R1另一端连接采样单元一端，所述采样单元另一端接地，所述运算放大器OP正极输入端口接入斜坡补偿电压V_SLOPE，所述运算放大器OP负极输入端口连接MOS管M4漏极，所述MOS管M4栅极接入电流偏置电压V_BIAS2，所述MOS管M4源极接地；

所述采样单元包括依次连接的偏置电流管M1、电感L、电流采样模块、MOS管M3的漏极，所述偏置电流管M1、MOS管M3栅极均连接电阻R1，所述MOS管M3源极接地；

所述电阻R1为调节电阻，所述电阻R1通过调节MOS管M3的栅极电压使MOS管M3导通电阻与栅极电压变化成线性关系。

2.根据权利要求1所述一种用于DC-DC转换器的大带载能力斜坡补偿电路，其特征在于，所述偏置电流管M1为PMOS管，所述PMOS管漏极连接电阻R1，所述PMOS管栅极接入电流偏置电压V_BIAS1，所述PMOS管源极连接输入电压V_IN、电感L。

3.根据权利要求1所述一种用于DC-DC转换器的大带载能力斜坡补偿电路，其特征在于，所述偏置电流管M1连接控制电流恒定的电流镜，所述电阻R1和源跟随器M2的电流恒定。

4.一种用于DC-DC转换器的大带载能力斜坡补偿方法，使用权利要求1所述一种用于DC-DC转换器的大带载能力斜坡补偿电路，其特征在于，具体过程如下：

调节斜坡补偿电压V_SLOPE，在偏置电流不变的条件下，MOS管M3的栅压也会相应跟随斜坡补偿电压V_SLOPE产生变化，MOS管M3在电阻R1的调节下导通电阻受其栅极电压的控制发生线性变化，采样电流模块采集电路中的电流I_sense，MOS管M3的源极与漏极之间电压为V_sense，在V_sense保持固定时，动态调整电路的I_sense，提升系统的带载能力。