CN114421756A - 用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路 - Google Patents

用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路 Download PDF

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刘申
卢沪
刘楠
李梦丽
邱子忆
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Abstract

本发明公开了一种用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路，包括斜坡电流产生电路和钳位电压动态调整电路；斜坡电流产生电路包括三组跨导相同的差分对管，每组差分对管之间分别连接一组尾电流管，其中一组差分对管的一端接斜坡电压Vs；远离斜坡电压Vs的一端连接有电流镜结构，通过电流镜结构将斜坡电流输出至与钳位电压动态调整电路。本发明通过随着补偿电压的上升，将钳位电压VC也抬升一个斜坡补偿电压从而消除斜坡补偿对带载能力的影响。

Description

用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路
技术领域
本发明属于模拟集成电路DCDC电压转换技术领域，涉及用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路。
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，应用场景越来越多，所需要驱动的设备也越来越多，因此对输出电流的要求也越来越高。在PWM峰值电流模控制模式中，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，采用斜坡补偿技术在采样电压上叠加一个一定斜率的电压信号，来解决电流环的不稳定问题，但与此同时叠加的电压信号会带来系统带载能力降低的问题，因此需要设计一种用于消除斜坡补偿对带载能力的影响从而提升DC-DC转换器带载能力的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路，该电路通过随着补偿电压的上升，在钳位电压Vc上叠加一个斜坡电压，去抵消PWM翻转过程中的斜坡补偿所引起的电感峰值电流下降，从而消除斜坡补偿对带载能力的影响。
本发明所采用的技术方案是，用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路，包括斜坡电流产生电路和钳位电压动态调整电路；
斜坡电流产生电路包括三组跨导相同的差分对管，每组差分对管之间分别连接一组尾电流管，其中一组差分对管的一端接斜坡电压Vs；远离斜坡电压Vs的一端连接有电流镜结构，通过电流镜结构将斜坡电流输出至与钳位电压动态调整电路。
本发明的特点还在于：
三组差分对管具体为：MOS管M8和MOS管M9构成一对差分对管；MOS管M10和MOS管M11构成一对差分对管；MOS管M12和MOS管M13构成一对差分对管；MOS管M9、MOS管M11、MOS管M13为同相输入端，且输入为斜坡电压Vs，MOS管M8、MOS管M10、MOS管M12的漏端相连在MOS管M40的漏端与栅端。
MOS管M8的栅极接阈值电压V1，MOS管M10的栅极接阈值电压V2、MOS管M12的栅极接阈值电压V3，MOS管M8、MOS管M10、MOS管M12的漏端相连在MOS管M4的漏端与栅端。
阈值电压V1、V2、V3之间的大小关系：V1<V2<V3。
三组尾电流管分别为：尾电流管M5、尾电流管M6、尾电流管M7，尾电流管M5、尾电流管M6、尾电流管M7的尺寸相同；MOS管M8和MOS管M9之间连接尾电流管M5，MOS管M10和MOS管M11之间连接尾电流管M6、MOS管M12和MOS管M13之间连接尾电流管M7。
电流镜结构包括依次连接的MOS管M4、MOS管M3、MOS管M2、MOS管M1。
钳位电压动态调整电路包括钳位电位动态调整电路包括电阻R，电阻R的一端连接缓冲器Buffer的输入端正极和斜坡电流Islope，电阻R的另一端、缓冲器Buffer的的输入端负极及缓冲器Buffer的输出端均连接电容C的一端,且该端连接MOS管M2的漏端，MOS管M2的源端与地相连，MOS管M2的栅极连接clk信号，电容C的另一端依次连接MOS管M1及传输门T1，传输门T1的导通与关闭受clk信号控制，传输门T1另一端与基准电压Vref2相连，MOS管M1和RC补偿电路均与误差放大器EA连接。
本发明的有益效果是：随着补偿电压的升高，钳位电压的值VC也在逐渐升高。随着斜坡补偿电压Vslope的升高，其降低的电感峰值电流为(Vslope/R)×k，钳位电压的值增加一个斜坡补偿电压后，其电感峰值电流增加了(Vslope/R)×k；其中k为电感电流采样模块的采样比例，即通过该结构消除了斜坡补偿对电感峰值电流的影响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。
附图说明
图1为误差放大器与本发明用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路的关系示意图；
图2斜坡补偿对带载能力影响示意图；
图3为本发明用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路的原理图；
图4为本发明用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路的结构示意图。
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。
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与基准电压比较后，经过误差放大器EA对其交流小信号进行放大，输出电压为Vc。；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Vsense和斜坡补偿电压Vslope和保证PWM比较器正常工作的直流电压Vdc相叠加，Vc与三者相叠加的信号在PWM比较，当Vslope+Vsense+Vdc＝Vc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。
如图2所示，在Vc保持不变的情况下，随着Vslope的升高，将会带来Vsense的下降，进而带来电感峰值电流的下降，输出电流大小受电感峰值电流影响，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。
本发明用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路，如图3所示，通过设置钳位电压动态调整电路，包括电阻R、电容C、MOS管M1、MOS管M2、传输门T1、缓冲器Buffer、误差放大器EA及其补偿网络(RC补偿电路)。使钳位电压Vc的值上升一个斜坡补偿电压的值，此时Vslope+Vsense+Vdc＝Vc+Vslope，即Vsense+Vdc＝Vc，从而消除斜坡补偿对带载能力的影响，从而增大带载能力。
图4为本发明用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路，在斜坡电流产生电路中，MOS管M8和MOS管M9、MOS管M10和MOS管M11、MOS管M12和MOS管M13构成三个跨导相同的差分对管，为其提供电流的尾电流管M5、尾电流管M6、尾电流管M7尺寸相同，MOS管M9、MOS管M11、MOS管M13为同相输入端，且输入为斜坡电压Vs。MOS管M9、MOS管M11、MOS管M13的漏端相连在MOS管M4的漏端与栅端，MOS管M8、MOS管M10、MOS管M12的栅极分别接阈值电压V1、V2、V3，且V1<V2<V3，MOS管M8、MOS管M10、MOS管M12的漏端相连在MOS管M4的漏端与栅端，当斜坡电压Vs逐渐上升时，MOS管M8、MOS管M10、MOS管M12逐次打开，其输出电流在MOS管M4相加，产生斜坡电流，通过调节三个差分对管的跨导，可以得到我们所需斜率的斜坡电流，MOS管M4、MOS管M3、MOS管M2、MOS管M1、依次连接构成电流镜结构，通过镜像比例可以使MOS管M1得到所需大小和斜率的斜坡电流。钳位电压动态调整电路由电阻R、电容C、MOS管M1、MOS管M2、传输门T1、缓冲器Buffer、误差放大器EA及其补偿网络组成，由于boost型开关转换器无法工作在100％占空比下，因此在占空比95％～100％时，传输门T1和MOS管M2导通对电容C两端的压差进行初始化，使其等于Vref2，并在周期开始时关断传输门T1和MOS管M2，保持电容C两端的压差为Vref2，在每个周期开始后，斜坡电流Islope通过电阻R产生斜坡电压Vslope，并通过缓冲器Buffer作用在电容C的下极板，由于电容C上下极板电压不具有突变性，因此上级板电压为Vref2+Vslope，并通过MOS管M1实现对误差放大器EA的输出钳位，即VC的最大值为VC＝Vslope+Vref+Vgs，通过该结构提升了电感峰值电流，使其不受斜坡补偿影响，消除了斜坡补偿对带载能力的影响。
本发明用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路的特点为：
1.本发明通过设置钳位电压动态调整电路，实现钳位电压的动态调整，包括电阻R、电容C、MOS管M1、MOS管M2、传输门T1、缓冲器Buffer、误差放大器EA及其补偿网络。通过对钳位电压叠加一个斜坡电压，增大PWM比较器翻转时的钳位电压，从而消除斜坡补偿对带载能力的影响，从而增大带载能力。
2.本发明带载能力的提升体现在通过动态的调整钳位电压来提升电感峰值电流。
3.本发明消除斜坡补偿对带载能力的影响体现在随着占空比的变大，斜坡补偿电压的升高，斜坡电路产生的斜坡电流也在变大，因此可以知道此时PWM比较器翻转的条件是Vslope+Vsense+Vdc＝Vc+Vslope，即Vsense+Vdc＝Vc，此时斜坡补偿不在对电感峰值电流产生影响，即消除了斜坡补偿对电感电流的影响。

Claims (7)

1.用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路，其特征在于：包括斜坡电流产生电路和钳位电压动态调整电路；
斜坡电流产生电路包括三组跨导相同的差分对管，每组差分对管之间分别连接一组尾电流管，其中一组差分对管的一端接斜坡电压Vs；远离斜坡电压Vs的一端连接有电流镜结构，通过电流镜结构将斜坡电流输出至与钳位电压动态调整电路。
2.根据权利要求1所述的用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路，其特征在于：所述三组差分对管具体为：MOS管M8和MOS管M9构成一对差分对管；MOS管M10和MOS管M11构成一对差分对管；MOS管M12和MOS管M13构成一对差分对管；MOS管M9、MOS管M11、MOS管M13为同相输入端，且输入为斜坡电压Vs，MOS管M8、MOS管M10、MOS管M12的漏端相连在MOS管M4的漏端与栅端。
3.根据权利要求2所述的用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路，其特征在于：所述MOS管M8的栅极接阈值电压V1，MOS管M10的栅极接阈值电压V2、MOS管M13的栅极接阈值电压V3，MOS管M8、MOS管M10、MOS管M12的漏端相连在MOS管M4的漏端与栅端。
4.根据权利要求3所述的用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路，其特征在于：所述阈值电压V1、V2、V3之间的大小关系：V1<V2<V3。
5.根据权利要求3所述的用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路，其特征在于：三组所述尾电流管分别为：尾电流管M5、尾电流管M6、尾电流管M7，尾电流管M5、尾电流管M6、尾电流管M7的尺寸相同；MOS管M8和MOS管M9之间连接尾电流管M5，MOS管M10和MOS管M11之间连接尾电流管M6、MOS管M12和MOS管M13之间连接尾电流管M7。
6.根据权利要求3所述的用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路，其特征在于：所述电流镜结构包括依次连接的MOS管M4、MOS管M3、MOS管M2、MOS管M1。
7.根据权利要求6所述的用于消除斜坡补偿对带载能力影响的电路，其特征在于：所述钳位电位动态调整电路包括电阻R，电阻R的一端连接缓冲器Buffer的输入端正极以及斜坡电流Islope，电阻R的另一端接地、缓冲器Buffer的输入端负极及缓冲器Buffer的输出端均连接电容C的一端，且该端连接MOS管M2的漏端，MOS管M2的源端与地相连，MOS管M2的栅极连接clk信号，电容C的另一端依次连接MOS管M1及传输门T1，传输门T1的导通与关闭受clk信号控制，传输门T1另一端与基准电压Vref2相连，电容C的另一端连接系统基准电压Vref2和MOS管M1，MOS管M1和RC补偿电路均与误差放大器EA连接。
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