CN114938129A - 一种自适应高线性度的斜波补偿电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种自适应高线性度的斜波补偿电路。针对传统的斜波补偿电路的斜波信号斜率是固定的且斜波信号的线性度较差而可能产生系统的次谐波震荡的问题，本发明提出了一种具有较好线性度且可以实现自适应斜波斜率的斜波补偿电路，通过对高侧功率管和低侧功率管的连接处进行滤波得到输出电压的信息，再利用此电压产生为电容充电的电流信号，从而实现自适应斜波斜率；再通过在斜波电压产生之路中加入一个二极管而优化斜波电流斜率的线性度。

Description

一种自适应高线性度的斜波补偿电路

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种自适应高线性度的斜波补偿电路。

背景技术

斜波补偿电路在峰值电流模控制模式DC-DC变换器中是至关重要的，直接影响此类变换器的环路稳定性。通常为了保证系统不产生次谐波震荡的问题，斜波补偿信号的斜率应该在电感电流采样电压的下降斜率的0.5倍到0.8倍范围之间，但电感电流采样电压的下降斜率是和输出电压成比例的，而传统的斜波补偿电路所产生的斜波信号是一个固定斜率的斜波电压，因此传统的斜波补偿信号产生电路并不适合宽输出范围的应用，因此为了保证在各个输出电压情况下，斜波补偿信号的斜率都能满足环路稳定性的要求，就需要引入在适应斜波补偿技术。除此之外，在传统电路中，若不需要电压叠加电路，则需要将斜波电压信号转换为斜波电流信号，因此在转换的过程中当充电电容的上极板电压较小时，斜波电流斜率的线性度很差，从而会造成系统稳定性的问题，因此还需要对斜波电流的线性度进行优化。

发明内容

针对传统的斜波补偿电路的斜波信号斜率是固定的且斜波信号的线性度较差而可能产生系统的次谐波震荡的问题，本发明提出了一种具有较好线性度且可以实现自适应斜波斜率的斜波补偿电路。

本发明的技术方案为：

一种自适应高线性度的斜波补偿电路，用于DC-DC变换器，定义DC-DC变换器中高侧功率管和低侧功率管的连接点为功率管连接点，其特征在于，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、运算电压放大器、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六电阻、第七电阻、第三电容、第一二极管和第二二极管；所述第一电阻的一端连接功率管连接点，第一电阻的另一端通过第二电阻后接地；第一电阻和第二电阻的连接点接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接第一电容的一端和第四电阻的一端，第一电容的另一端接地；第四电阻的另一端接第二电容的一端和运算电压放大器的负向输入端，第二电容的另一端接地；运算电压放大器的正向输入端接第一PMOS管的漏极和第五电阻的一端，运算电压放大器的输出端接第一PMOS管的栅极、第二PMOS管的栅极、第五PMOS管的栅极；第一PMOS管的源极接电源，第五电阻的另一端接地，第一PMOS管的漏电流作为电容充电电流；

第二PMOS管的源极接电源，其漏极接第一二极管的阳极和第二NMOS管的栅极；第一二极管负极接第一NMOS管的漏极和栅极，第一NMOS管的源极接地；第三PMOS管的源极和第四PMOS管的源极接电源，第三PMOS管的栅极和漏极互连，第四PMOS管的栅极接第三PMOS管的漏极，第三PMOS管的漏极接第二NMOS管的漏极；第二NMOS管的源极通过第六电阻后接地；第五PMOS管的源极接电源，其漏极接第二二极管的阳极和第五NMOS管的栅极；第二二极管的阴极接第三NMOS管的漏极和栅极，第三NMOS管的源极接第三电容的一端和第四NMOS管的漏极；第四NMOS管的栅极接斜波复位信号，其源极和第三电容的另一端接地；第六PMOS管的源极和第七PMOS管的源极接地，第六PMOS管的栅极和漏极、第四PMOS管的漏极、第七PMOS管的栅极连接；第六PMOS管的漏极接第五NMOS管的漏极，第五NMOS管的源极通过第七电阻后接地；第七PMOS管的漏极为电路的输出端，输出斜波补偿电流。

本发明的有益效果为：通过对高侧功率管和低侧功率管的连接处进行滤波得到输出电压的信息，再利用此电压产生为电容充电的电流信号，从而实现自适应斜波斜率；再通过在斜波电压产生之路中加入一个二极管而优化斜波电流斜率的线性度。

附图说明

图1为本发明提出的自适应高线性度的斜波补偿电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述；

如图1所示，为了保证所述电压运算放大器的正确直流电压输入范围，第一和第二电阻作为分压电阻对功率结点进行分压，分压后的信号再通过由第三电阻和第一电容组成的低通滤波器进行第一次滤波，再通过由第四电阻和第二电容组成的低通滤波器进行第二次滤波，两次滤波后的电压可以看作为输出电压分压后的值；再通过由电压运算放大器以及第一PMOS管所形成的环路，将运算电压放大器的正向输入端钳位到和其负向输入端相等，此电压再除以第五电阻的阻值即可得到与输出电压成正比的电容充电电流，此充电电流可以表示为：

当斜波复位信号为低电平时，第四NMOS管关断，第五PMOS管复制第一PMOS管的电容充电电流对第三电容进行充电，当斜波复位信号为高电平时，第四NMOS管开启，将第三电容的上极板电压拉低到地电位，因此在电容的上极板产生一个斜波信号，但这个斜波电压信号的最低值只有0V，不在后一级电压转电流的直流输入范围，因此利用第三NMOS管将这个斜波电压进行抬升，抬升后的电压经过由第五NMOS管和第七电阻组成的电压转电流电路产生斜波电流，若没有第二二极管，则第五NMOS管的电流斜率可以表示为：

其中b为第三电容上极板电压的斜率，从上式可以看出如果斜波补偿电流要有较好的线性度就要满足第七电阻两端的电压要远大于mV_T，而当第三电容的上极板电压较小时，这个条件无法满足，因此这种普通结构斜波补偿电流斜率的线性度较差。因此所述结构额外加入了第二二极管，将斜波电压再次抬升，由此第七电阻两端的电压在工作范围内都可以满足远大于mV_T，因此所述结构所产生的斜波补偿电流有更好的线性度。而因为加入了第二二极管，第五NMOS管电流的直流值相较于理想情况来说更大，因此所述结构中由第一PMOS管、第一二极管、第一NMOS管、第二NMOS管、第六电阻所组成的电路令第三PMOS管产生了与误差电流相等的补偿电流，此电流通过第四PMOS管进行镜像后与第五NMOS管所产生的电流想减消除误差后再通过第六PMOS管和第七PMOS管镜像进行输出，此输出电流即为此斜波补偿电路的输出电流。综上所述，结合式(1)若将电压转电流过程中的非线性误差忽略，最终斜波补偿电路的输出电流的斜率可以表示为：

其中k1为第一PMOS管与第五PMOS管的尺寸比，k2为第六PMOS管与第七PMOS管的尺寸比，由上式可见，本发明电路的输出斜波补偿电流的斜率与输出电压成正比，实现了自适应斜波补偿。

传统的斜波补偿电路只能产生固定的斜波斜率，无法适应宽输出电压范围的应用，并且对于斜波补偿电路的输出为电流的应用来说，在充电电容两极电压较小时，电流斜波的斜率线性度很差。通过以上对所述斜波补偿电路产生斜波补偿电流过程的分析，可以看出本发明通过对功率结点进行滤波实现了自适应斜波补偿，以及通过添加二极管实现了高线性度的斜波斜率，另外又添加了误差消除电路来消除因为加入二极管后而产生的误差直流电流。

Claims (1)

1.一种自适应高线性度的斜波补偿电路，用于DC-DC变换器，定义DC-DC变换器中高侧功率管和低侧功率管的连接点为功率管连接点，其特征在于，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、运算电压放大器、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六电阻、第七电阻、第三电容、第一二极管和第二二极管；所述第一电阻的一端连接功率管连接点，第一电阻的另一端通过第二电阻后接地；第一电阻和第二电阻的连接点接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接第一电容的一端和第四电阻的一端，第一电容的另一端接地；第四电阻的另一端接第二电容的一端和运算电压放大器的负向输入端，第二电容的另一端接地；运算电压放大器的正向输入端接第一PMOS管的漏极和第五电阻的一端，运算电压放大器的输出端接第一PMOS管的栅极、第二PMOS管的栅极、第五PMOS管的栅极；第一PMOS管的源极接电源，第五电阻的另一端接地；

第二PMOS管的源极接电源，其漏极接第一二极管的阳极和第二NMOS管的栅极；第一二极管负极接第一NMOS管的漏极和栅极，第一NMOS管的源极接地；第三PMOS管的源极和第四PMOS管的源极接电源，第三PMOS管的栅极和漏极互连，第四PMOS管的栅极接第三PMOS管的漏极，第三PMOS管的漏极接第二NMOS管的漏极；第二NMOS管的源极通过第六电阻后接地；第五PMOS管的源极接电源，其漏极接第二二极管的阳极和第五NMOS管的栅极；第二二极管的阴极接第三NMOS管的漏极和栅极，第三NMOS管的源极接第三电容的一端和第四NMOS管的漏极；第四NMOS管的栅极接斜波复位信号，其源极和第三电容的另一端接地；第六PMOS管的源极和第七PMOS管的源极接地，第六PMOS管的栅极和漏极、第四PMOS管的漏极、第七PMOS管的栅极连接；第六PMOS管的漏极接第五NMOS管的漏极，第五NMOS管的源极通过第七电阻后接地；第七PMOS管的漏极为电路的输出端，输出斜波补偿电流。

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