CN116633138B - 功率变换器及其斜坡信号产生器及斜坡信号产生方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及功率变换器及其斜坡信号产生器及斜坡信号产生方法。功率变换器包括耦合在输入端和输出端之间的电感和开关管。斜坡信号产生器包括：比例变换模块，用于对所述电感的电流检测信号进行比例变换以获得复制信号；以及偏移补偿模块，用于对所述复制信号进行偏移补偿以获得斜坡信号，其中，所述斜坡信号的斜率变化表征所述电感的电感值变化。该功率变换器的斜坡信号产生器可以在开关周期内自适应地调节斜坡信号的斜率，对电感值的波动进行动态补偿，改善抑制次谐波振荡的效果，从而提高功率变换器的输入输出电压范围和稳定性。

Description

功率变换器及其斜坡信号产生器及斜坡信号产生方法
技术领域
本公开涉及电源技术领域，更具体地说，涉及一种功率变换器及其斜坡信号产生器及斜坡信号产生方法。
背景技术
在电子产品中，已经广泛地采用功率变换器提供电子产品内部的电子器件的供电电压。例如，电子器件的供电电压高于电池电压，功率变换器用于将电池电压转换成电子器件的供电电压以使电子器件可以正确工作。
功率变换器通过控制开关器件（例如，晶体管、IGBT、MOSFET等）的开关动作，控制从功率变换器的输入端转移到输出端的电能，从而获得期望的输出电压和/或输出电流。可以通过各种控制策略和调制技术来实现开关器件的开关状态控制，如脉宽调制（PWM）、脉频调制（PFM）、脉位调制（PPM）等。
在采用脉宽调制（PWM）实现开关控制的情形下，基于定频峰值电流控制方案实现的功率变换器，在开关控制信号的占空比大于50%时，其存在固有次谐波振荡问题，导致功率变换器工作不稳定。对于电池续航能力有高要求的应用场景，例如，便携式电子产品，不仅电池电压的变化范围大，而且电子产品的供电电压要达到高效率高动态的要求。因此，开关控制信号的占空比需要在大范围内变化，这使得次谐波振荡问题进一步恶化。
图1示出根据现有技术的功率变换器的示意性电路图。功率变换器100采用BOOST拓扑，例如，包括控制电路110，该控制电路110根据电感电流iL的电流检测信号Vsen和输出电压Vo的电压反馈信号Vfb产生开关控制信号Vgs1和Vgs2。为了抑制次谐波振荡，控制电路110还包括斜坡信号产生器101，用于产生斜坡信号Vslope，电流检测信号Vsen与斜坡信号Vslope相叠加产生叠加信号Vs1。斜坡信号Vslope用于补偿电流检测信号Vsen的斜率，使得叠加信号Vs1的斜率相对于电流检测信号Vsen的斜率增加，可以减少次谐波振荡的发生，扩大开关控制信号的占空比范围。
在现有的功率变换器100中，斜坡信号产生器101产生固定斜率或多段斜率的斜坡信号，对电流检测信号Vsen进行斜率调节。该功率变换器100的控制电路可以解决峰值电流模控制方式下次谐波振荡的问题，但是也会造成过补偿，减弱系统的动态响应速度和负载能力。进一步地，该功率变换器100的控制电路是针对特定的电感参数设计的，这不仅限制了控制电路的应用场景，而且在不同温度和电流下，电感值也会变化，最大变化可达40%，严重的会导致高温重载时再次出现次谐波振荡问题。另外，变换器长时间工作时，电感也会随着时间缓慢老化，最终导致初始设定的斜坡补偿方案失效，最终导致次谐波振荡问题发生，系统不能稳定工作。
因此，期望进一步改进功率变换器的斜坡信号补偿方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供功率变换器及其斜坡信号产生器及斜坡信号产生方法，对所述电感的电流检测信号进行比例变换以获得复制信号，以及对所述复制信号进行偏移补偿以获得斜坡信号，以提高功率变换器的输入输出电压范围和稳定性。
根据本发明的一方面，提供一种用于功率变换器的斜坡信号产生器，所述功率变换器包括耦合在输入端和输出端之间的电感和开关管，所述斜坡信号产生器包括：比例变换模块，用于对所述电感的电流检测信号进行比例变换以获得复制信号；以及偏移补偿模块，用于对所述复制信号进行偏移补偿以获得斜坡信号，其中，所述斜坡信号的斜率变化表征所述电感的电感值变化。
可选地，所述偏移补偿模块包括：采样保持模块，用于在预定的采样时刻获得所述电流检测信号的采样信号；以及减法模块，用于将所述电流检测信号减去所述采样信号以进行偏移补偿。
可选地，所述偏移补偿模块包括：采样保持模块，用于在预定的采样时刻获得所述复制信号的采样信号；以及减法模块，用于将所述复制信号减去所述采样信号以进行偏移补偿。
可选地，所述采样时刻为选自所述功率变换器开关周期的开始时刻与半周期时刻之间的任意时刻。
可选地，所述偏移补偿模块在所述开关周期的采样时刻对所述电流检测信号或所述复制信号的数字值进行采样和计算，以及在所述开关周期的采样时刻之后提供所述斜坡信号。
可选地，在所述采样保持模块的输入端连接有第一开关，在所述减法模块的输出端连接有第二开关，所述第一开关和所述第二开关同步切换，从而在所述开关周期的采样时刻对所述电流检测信号或所述复制信号的模拟值进行采样和计算，以及在所述开关周期的采样时刻之后提供所述斜坡信号。
可选地，所述斜坡信号Vslope如下式所示：
，
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，Voffset表示与所述电感的电流谷值相对应的偏移补偿信号，a表示所述斜坡信号产生器的第一电路参数，k表示所述斜坡信号产生器的第二电路参数。
可选地，所述第一电路参数与所述功率变换器的输入电压和输出电压相关。
可选地，所述斜坡信号产生器还包括：
模数转换器，用于将所述电流检测信号的模拟值转换成数字值；以及数模转换器，用于将所述斜坡信号的数字值转换成模拟值，其中，所述比例变换模块接收所述电流检测信号的数字值，对所述电流检测信号进行数值计算以获得所述复制信号的数字值。
可选地，所述斜坡信号产生器的第一电路参数和第二电路参数为所述比例变换模块的比例系数，设置所述比例变换模块的比例系数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
可选地，所述斜坡信号产生器的第一电路参数是所述功率变换器额定的输入电压和输出电压相关的预定参数。
可选地，所述比例变换模块包括：运算放大器，所述斜坡信号产生器的第二电路参数是所述运算放大器的比例系数。
可选地，设置所述比例变换模块中的无源器件的参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
可选地，所述斜坡信号产生器的第一电路参数是所述功率变换器实时采集的输入电压和输出电压相关的实时参数。
可选地，所述比例变换模块包括：乘法模块，用于将所述电流检测信号和所述输出电压相乘以获得第一信号；除法模块，用于将所述第一信号除以所述输入电压以获得第二信号；以及加法模块，用于将所述第二信号加上所述电流检测信号以获得第三信号。
可选地，所述比例变换模块包括：除法模块，用于将所述电流检测信号除以所述输入电压以获得第一信号；乘法模块，用于将所述第一信号和所述输出电压相乘以获得第二信号；以及加法模块，用于将所述第二信号加上所述电流检测信号以获得第三信号。
可选地，所述乘法模块和所述除法模块包括分别选自乘法器的有源器件，所述除法模块、所述乘法模块和所述加法模块分别包括选自电阻和电容至少之一的无源器件。
可选地，设置所述比例变换模块中的有源器件和/或无源器件的参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
根据本发明的另一方面，提供一种功率变换器，包括：输入端和输出端，分别接收输入电压和提供输出电压；耦合在所述输入端和所述输出端之间的电感和开关管；以及控制电路，用于产生所述开关管的开关控制信号，在所述开关管的导通状态下采用所述输入电压对所述电感充电，以及在所述开关管的关断状态下所述电感放电，从而所述输出端产生所述输出电压，其中，所述控制电路包括上述所述的斜坡信号产生器。
可选地，所述功率变换器采用峰值电流控制方式或谷值电流控制方式。
可选地，所述功率变换器包括选自BOOST拓扑、BUCK拓扑、BUCK-BOOST拓扑、FLYBACK拓扑任意一种的功率变换器。
根据本发明的另一方面，提供一种功率变换器的斜坡信号产生方法，所述功率变换器包括耦合在输入端和输出端之间的电感和开关管，所述斜坡信号产生方法包括：对所述电感的电流检测信号进行比例变换以获得复制信号；以及对所述复制信号进行偏移补偿以获得斜坡信号，其中，所述斜坡信号的斜率变化表征所述电感的电感值变化。
可选地，所述偏移补偿包括在预定的采样时刻获得所述电流检测信号的采样信号；以及将所述电流检测信号减去所述采样信号。
可选地，所述偏移补偿包括：在预定的采样时刻获得所述复制信号的采样信号；以及将所述复制信号减去所述采样信号。
可选地，所述采样时刻为选自所述功率变换器开关周期的开始时刻与半周期时刻之间的任意时刻。
可选地，所述斜坡信号Vslope如下式所示：
，
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，Voffset表示与所述电感的电流谷值相对应的偏移补偿信号，a表示所述斜坡信号产生器的第一电路参数，k表示所述斜坡信号产生器的第二电路参数。
可选地，在所述比例变换中进行数值计算，并且设置数值计算参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
可选地，在所述比例变换中，设置斜坡信号产生器中的有源器件和/或无源器件的参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
根据本发明实施例的用于功率变换器的斜坡信号产生器以及斜坡信号产生方法，其中，对所述电感的电流检测信号进行比例变换以获得复制信号，以及对所述复制信号进行偏移补偿以获得斜坡信号。该功率变换器的斜坡信号产生器可以在开关周期内自适应地调节斜坡信号的斜率，因而可以对电感值的波动进行快速地动态补偿，改善抑制次谐波振荡的效果，从而提高功率变换器的输入输出电压范围以及不同温度和负载条件下的稳定性。
在优选的实施例中，该斜坡信号产生器采用模拟解决方案，选择斜坡信号产生器中的有源器件和/或无源器件的器件参数使得所述斜坡信号产生器始终符合次谐波抑制条件。该斜坡信号产生电路利用模拟器件的器件参数的选择，实现在开关周期内自适应地调节斜坡信号的斜率。一方面，由于该斜坡信号产生器采用模拟解决方案，既无需采用模数转换器和数模转换器进行信号转换，也无需采用数值计算单元执行多级数字运算。另一方面，由于该斜坡信号产生器始终符合次谐波抑制条件，该斜坡信号产生器针对不同规格（例如，不同电感值）的功率变换器无需分别设计不同的电路结构。因此，该斜坡信号产生器可以简化电路结构，以及显著地降低电路设计成本。
在优选的实施例中，该斜坡信号产生电路基于实时采集的输入电压、输出电压、电流检测信号产生斜坡信号，因此，可以对输入电压、输出电压、电感值的大范围波动进行快速地动态补偿，不仅可以通过对电感值的动态补偿提高功率变换器在不同温度和负载条件下的稳定性，而且可以通过对输入电压和输出电压的动态补偿扩大功率变换器的输入输出电压范围，此外也能消除电感值在长时间工作中的老化偏移。由于斜坡信号产生电路产生的斜坡信号始终符合次谐波抑制条件，因此可以避免过补偿带来的动态响应速度慢的问题。
附图说明
图1示出根据现有技术的功率变换器的示意性电路图。
图2示出根据本发明第一实施例的功率变换器的示意性电路图。
图3示出图2所示功率变换器中的斜坡信号产生器第一实例的示意性电路图。
图4示出图2所示功率变换器中的斜坡信号产生器第二实例的示意性框图。
图5示出图3所示斜坡信号产生器在稳定状态的工作波形图。
图6示出图3所示斜坡信号产生器在波动状态的工作波形图。
图7示出根据本发明第二实施例的功率变换器的示意性电路图。
图8示出图7所示功率变换器中的斜坡信号产生器第一实例的示意性电路图。
图9示出图7所示功率变换器中的斜坡信号产生器第二实例的示意性框图。
图10示出图8所示斜坡信号产生器在波动状态下的工作波形图。
图11示出根据本发明第三实施例的功率变换器的示意性电路图。
图12示出根据本发明第四实施例的功率变换器的示意性电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的优选实施例进行详细描述，但本公开并不仅仅限于这些实施例。本公开涵盖任何在本公开的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本公开有彻底的了解，在以下本公开优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本公开。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本公开。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本公开实施例的目的。
图2示出根据本发明第一实施例的功率变换器的示意性电路图。功率变换器200例如包括开关管Q1和Q2、电感L、以及控制电路210。
功率变换器200采用BOOST拓扑，其中，电感L和开关管Q1串联连接在输入端和接地端之间，开关管Q2连接在电感L和开关管Q1的中间节点和输出端之间。输入电容Ci连接在输入端和接地端之间，输出电容Co连接在输出端和接地端之间，用于获得平滑的输入电压Vin和输出电压Vo的波形。
进一步地，功率变换器200还包括串联连接在输出端和地之间的电阻R101和R102。在电阻R101和R102的中间节点获得输出电压Vo的电压反馈信号Vfb。功率变换器200还包括连接在开关管Q1和地之间的电流检测器件（例如，采样电阻），用于在开关管Q1的导通状态下获得电感电流iL的电流检测信号Vsen。
控制电路210包括斜坡信号产生器201、误差放大器11、叠加模块12、比较器13、电阻R103、电容C101和C102。误差放大器11的同相输入端和反相输入端分别接收参考电压Vref和电压反馈信号Vfb。误差放大器11例如是跨导放大器，用于将电压反馈信号Vfb和参考电压Vref的差分电压转换成输出电流。电阻R103和电容C101串联连接在误差放大器11的输出端和地之间，误差放大器11产生的输出电流经由电阻R103对电容C101进行充电，从而将误差放大器11产生的输出电流转换成补偿信号Vcomp。电容C102连接在误差放大器11的输出端和地之间，用于获得补偿信号Vcomp的平滑电压波形。斜坡信号产生器201用于产生斜坡信号Vslope。叠加模块12将电感电流iL的电流检测信号Vsen与斜坡信号Vslope相叠加以产生叠加信号Vs1。比较器13的同相输入端和反相输入端分别接收叠加信号Vs1和补偿信号Vcomp，对二者进行比较以产生置位信号。
进一步地，控制电路210还包括RS触发器15、时钟模块14、以及驱动模块16和17。如上所述，控制电路210根据电压反馈信号Vfb和电流检测信号Vsen产生RS触发器15的置位信号。时钟模块14用于产生时钟信号CLK， 作为RS触发器15的复位信号。RS触发器11根据置位信号和复位信号产生彼此反相的逻辑信号，经由驱动模块16和17进行放大和缓冲，然后获得开关控制信号Vgs1和Vgs2。
在开关管Q1导通时，开关管Q2关断。功率变换器200的输入端接收输入电压Vin，对电感L充电。电感电流iL依次流经电感L和开关管Q1。在开关管Q1关断时，开关管Q2导通。电感L经由开关管Q2向输出端放电，从而产生输出电压Vo。在连续的开关周期中，输出电容Co对输出电压Vo进行滤波以获得平滑的电压波形。
根据该实施例的功率变换器，电流检测信号Vsen与斜坡信号Vslope相叠加产生叠加信号Vs1。斜坡信号Vslope用于补偿电流检测信号Vsen的斜率，使得叠加信号Vs1的斜率相对于电流检测信号Vsen的斜率增加，可以减少次谐波振荡的发生，扩大开关控制信号的占空比范围。
基于功率变换器的理论分析可知，对于BOOST拓扑的功率变换器，在满足以下式（1）时，可以消除功率变换器的次谐波振荡。
（1）
其中，Vin和Vo分别表示功率变换器的输入电压和输出电压，Vsen表示所述电感的电流检测信号，L表示功率变换器中电感的电感值，Rcs表示电感电流的采样电阻值。
基于功率变换器的理论分析可知，对于BUCK拓扑的功率变换器，在满足以下式（2）时，可以消除功率变换器的次谐波振荡。
（2）
其中，Vin和Vo分别表示功率变换器的输入电压和输出电压，Vsen表示所述电感的电流检测信号，L表示功率变换器中电感的电感值，Rcs表示电感电流的采样电阻值。
将上式（1）和上式（2）统一表示为下式：
（3）
其中，Vsen表示电感的电流检测信号，a表示与输入电压和输出电压相关的参数，对于采用BOOST拓扑的功率变换器，a=（Vo-Vin）/Vin，对于采用BUCK拓扑的功率变换器，a=Vo/（Vin-Vo）。
对上式（3）进行积分，可以获得下式：
（4）
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，Voffset表示与所述电感的电流谷值相对应的偏移补偿信号，a表示与输入电压和输出电压相关的参数，对于采用BOOST拓扑的功率变换器，a=（Vo-Vin）/Vin，对于采用BUCK拓扑的功率变换器，a=Vo/（Vin-Vo）。
根据该实施例的功率变换器，斜坡信号产生器201可以采用模拟电路方案或数字电路方案。如下文所述，斜坡信号产生器201包括比例变换模块和偏移补偿模块，其中，比例变换模块接收所述电感的电流检测信号，基于额定的输入电压和输出电压，对所述电感的电流检测信号进行比例变换以获得复制信号，偏移补偿模块对所述复制信号进行偏移补偿以获得斜坡信号。在该实施例中，斜坡信号产生器201采用比例变换模块将电流检测信号复制为斜坡信号，并且设置比例变换模块的电路参数，以符合上式（4）。因此，所述斜坡信号的斜率变化表征所述电感的电感值变化。该功率变换器的斜坡信号产生器201可以在开关周期内自适应地调节斜坡信号的斜率，对电感值的波动进行动态补偿。
图3示出图2所示功率变换器中的斜坡信号产生器第一实例的示意性电路图。在该实例中，斜坡信号产生器201a采用模拟电路方案，并且基于复制信号Vslp的采样信号进行偏移补偿。
参见图3，斜坡信号产生器201a包括比例变换模块21和偏移补偿模块22。
比例变换模块21包括运算放大器U1、电阻R11至R14。电阻R11和R12串联连接在比例变换模块21的输入端和地之间。运算放大器U1的同相输入端连接至电阻R11和R12的中间节点，反相输入端经由电阻R13接地。电阻R14连接在运算放大器U1的反相输入端和输出端之间。
因此，比例变换模块21对电感的电流检测信号Vsen进行比例变换以获得复制信号Vslp，在比例变换模块21的输出端提供的复制信号Vslp如下式所示：
(5)
其中，S1表示比例变换模块的比例系数，R11至R14分别表示比例变换模块中的电阻值。
偏移补偿模块22包括采样保持模块221和减法模块222。
采样保持模块221包括运算放大器U2、第一开关S1、以及采样电容C11。第一开关S1与采样电容C11串联连接在采样保持模块221的输入端和地之间。在第一开关S1的导通状态下，采样电容C11对复制信号Vslp进行采样。运算放大器U2的同相输入端连接至电容C11的高电位端，反相输入端与输出端相连接，从而形成电压跟随器，以提供采样信号。采样保持模块221的采样阶段和保持阶段分别对应于第一开关S1的导通阶段和关断阶段。
减法模块222包括运算放大器U3、第二开关S2、以及电阻R15至R18。电阻R15和R16串联连接在减法模块222的输入端和地之间。运算放大器U3的同相输入端连接至电阻R15和R16的中间节点以接收复制信号Vslp，反相输入端经由电阻R17连接至采样保持模块221的输出端以接收采样信号。进一步地，电阻R18连接在运算放大器U3的反相输入端和输出端之间。第二开关S2连接在运算放大器U3的输出端和减法模块222的输出端之间，与第一开关S1同步地切换运算放大器U3的输出端的连接状态。在采样保持模块221的采样阶段，第二开关S2将运算放大器U3的输出端接地以提供低电平信号。在采样保持模块221的保持阶段，第二开关S2将运算放大器U3的输出端连接至运算放大器U3的输出端，以获取复制信号Vslp与采样信号的差值信号。
在功率变换器的连续导电模式（CCM）中，电感L的电流值在开关周期的开始时刻处于谷值且大于0。在功率变换器的断续导电模式（DCM）中，电感L的电流值在开关周期的开始时刻处于谷值且等于0。
在本实施例中，在采样保持模块221的采样阶段，采样信号的采样时刻ts例如是采样阶段的结束时刻。采样时刻ts可以是为选自所述功率变换器开关周期T的开始时刻与半周期时刻之间的任意时刻。偏移补偿模块22的减法模块222基于采样信号进行减法运算，从而在电流检测信号Vsen中减去与采样信号相对应的偏移补偿信号Voffset。如果在开关周期的开始时刻采样，则偏移补偿信号Voffset对应于电感L的电流谷值。如果在开关周期的开始时刻与半周期时刻之间的时刻采样，则偏移补偿信号Voffset大于电感L的电流谷值。
因此，偏移补偿模块22对与电流检测信号Vsen相对应的复制信号Vslp进行偏移补偿，不论对于功率变换器的连续导电模式（CCM）还是断续导电模式（DCM），始终可以获得从0开始的斜坡信号Vslope，在偏移补偿模块22的输出端提供的斜坡信号Vslope如下式所示：
(6)
其中，Vslp表示电流检测信号的复制信号，表示与所述电感的电流谷值相对应的采样信号，Voffset表示与所述电感的电流谷值相对应的偏移补偿信号，S2表示偏移补偿模块的比例系数，R15至R18分别表示偏移补偿模块中的电阻值。
结合上式（5）至（6），可以将斜坡信号Vslope表达为下式：
（7）
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，Voffset表示与所述电感的电流谷值相对应的偏移补偿信号，a表示所述斜坡信号产生器的第一电路参数，k表示所述斜坡信号产生器的第二电路参数。
在上式（7）中，选择所述斜坡信号产生器中的有源器件和/或无源器件的器件参数，可以设置所述斜坡信号产生器的第一电路参数a，使得第一电路参数a与额定的输入电压Vin和输出电压Vo相对应。对于采用BOOST拓扑的功率变换器，a=（Vo-Vin）/Vin，对于采用BUCK拓扑的功率变换器，a=Vo/（Vin-Vo），例如，采用减法模块获得Vin-Vo。在该实施例中，斜坡信号产生器的第一电路参数包括额定的输入电压Vin和额定的输出电压Vo。
在上式（7）中，选择所述斜坡信号产生器中的有源器件和/或无源器件的器件参数，可以设置所述斜坡信号产生器的第二电路参数k，使得第二电路参数k大于1/2。
因此，根据该实施例的斜坡信号产生器，选择斜坡信号产生器中的有源器件和/或无源器件的器件参数，使得斜坡信号产生器的第一电路参数a与额定的输入电压Vin和输出电压Vo相对应，并且，斜坡信号产生器第二电路参数k大于1/2，即可以始终符合上式（4）。不论功率变换器中电感的电感值是否随功率变换器的设计规格而变化，还是随温度和负载条件而波动，以及随着长时间工作老化产生变化，所述斜坡信号产生器始终符合次谐波抑制条件。
图4示出图2所示功率变换器中的斜坡信号产生器第二实例的示意性框图。在该实例中，斜坡信号产生器201b采用数字电路方案，并且基于复制信号Vslp的采样信号进行偏移补偿。
参见图4，斜坡信号产生器201b包括模数转换器ADC、数模转换器DAC、比例变换模块31、偏移补偿模块32。比例变换模块31和偏移补偿模块32可以是任意的数值计算模块。例如，可以采用处理器的内部模块或程序实现比例变换模块31和偏移补偿模块32。
模数转换器ADC将电流检测信号Vsen的模拟值转换成数字值。比例变换模块31对电流检测信号Vsen的数字值进行数值计算，以获得电流检测信号Vsen相对应的复制信号的数字值Dslp1。偏移补偿模块32在预定的采样时刻ts对复制信号的数字值Dslp1进行采样以获得采样值。该采样值表征与电感L的电流谷值相对应的偏移补偿信号。然后，偏移补偿模块32将复制信号的数字值Dslp1的数字值减去采样值以获得斜坡信号的数字值Dslp2。进一步地，数模转换器DAC将斜坡信号的数字值Dslp2转换成斜坡信号Vslope。
因此，在斜坡信号产生器201b的输出端提供的斜坡信号Vslope如下式所示：
(8)
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，Voffset表示与所述电感的电流谷值相对应的偏移补偿信号，S10表示比例变换模块的比例系数。
因此，根据该实施例的斜坡信号产生器，选择斜坡信号产生器中的比例变换模块的比例系数，使得斜坡信号产生器的第一电路参数a与额定的输入电压Vin和输出电压Vo相对应，并且，斜坡信号产生器第二电路参数k大于1/2，即可以始终符合上式（4）。不论功率变换器中电感的电感值是否随功率变换器的设计规格而变化，还是随温度和负载条件而波动，以及随着长时间工作老化产生变化，所述斜坡信号产生器始终符合次谐波抑制条件。
图5示出图3所示斜坡信号产生器在稳定状态的工作波形图。功率变换器200的开关管Q1在连续的开关周期交替导通和关断。
在连续的开关周期中，功率变换器200的电感L反复经历充电过程和放电过程。在充电阶段，电感L的电感电流iL升高，电感电流iL的电流检测信号Vsen与电感电流iL成比。在放电阶段，电感L的电感电流iL降低，电感电流iL的电流检测信号Vsen为0。
斜坡信号产生器201中的比例变换模块21产生的复制信号Vslp是电流检测信号Vsen的复制信号。复制信号Vslp与电流检测信号Vsen的波形大致相同，但复制信号Vslp的幅值与电流检测信号Vsen的幅值成正比。
斜坡信号产生器201中的偏移补偿模块22在开关周期T中的采样时刻ts获取复制信号Vslp的采样信号，并且将复制信号Vslp减去与采样信号相对应的偏移补偿信号Voffset以获得斜坡信号Vslope。
该采样信号的采样时刻ts可以是为选自所述功率变换器开关周期T的开始时刻与半周期时刻之间的任意时刻。偏移补偿模块22的减法模块222基于采样信号进行减法运算，从而在电流检测信号Vsen中减去与采样信号相对应的偏移补偿信号Voffset。如果在开关周期的开始时刻采样，则偏移补偿信号Voffset对应于电感L的电流谷值。如果在开关周期的开始时刻与半周期时刻之间的时刻采样，则偏移补偿信号Voffset大于电感L的电流谷值。
因此，斜坡信号产生器201产生的斜坡信号Vslope是在开关周期T的采样时刻ts开始电感电流检测信号Vsen的复制信号。
图6示出图3所示斜坡信号产生器在波动状态的工作波形图。功率变换器200的开关管Q1在连续的开关周期交替导通和关断。
参见图6，在连续的开关周期中，功率变换器200中的斜坡信号产生器201a产生的斜坡信号Vslope的斜率始终与电感L的电感值成反比。
在时刻0至时刻T的第一开关周期内，斜坡信号Vslope的初始斜率为S0。在时刻t1，电感L的电感值由于环境温度或负载条件变化而降低，则斜坡信号产生器201在从时刻t1至时刻T的时间段内，将斜坡信号Vslope的斜率升高至S1。在时刻T至时刻2T的第二开关周期内，斜坡信号Vslope的初始斜率为S1。在时刻t2，电感L的电感值由于环境温度或负载条件变化而升高，则斜坡信号产生器201在从时刻t2至时刻2T的时间段内，将斜坡信号Vslope的斜率降低至S2。
因此，该斜坡信号产生器可以在开关周期内自适应地调节斜坡信号的斜率，对电感值的波动进行快速地动态补偿，改善抑制次谐波振荡的效果，从而提高功率变换器在不同温度和负载条件下的稳定性。
该斜坡信号产生电路利用电路参数的选择，实现在开关周期内自适应地调节斜坡信号的斜率。由于该斜坡信号产生器始终符合次谐波抑制条件，该斜坡信号产生器针对不同规格（例如，不同电感值）的功率变换器无需分别设计不同的电路结构。因此，该斜坡信号产生器可以简化电路结构，以及显著地降低电路设计成本。
图7示出根据本发明第二实施例的功率变换器的示意性电路图。功率变换器300例如包括开关管Q1和Q2、电感L、以及控制电路310。
功率变换器300采用BOOST拓扑，其中，电感L和开关管Q1串联连接在输入端和接地端之间，开关管Q2连接在电感L和开关管Q1的中间节点和输出端之间。输入电容Ci连接在输入端和接地端之间，输出电容Co连接在输出端和接地端之间，用于获得平滑的输入电压Vin和输出电压Vo的波形。
进一步地，功率变换器300还包括串联连接在输出端和地之间的电阻R101和R102。在电阻R101和R102的中间节点获得输出电压Vo的电压反馈信号Vfb。功率变换器300还包括连接在开关管Q1和地之间的电流检测器件（例如，采样电阻），用于在开关管Q1的导通状态下获得电感电流iL的电流检测信号Vsen。
控制电路310包括斜坡信号产生器301、误差放大器11、叠加模块12、比较器13、电阻R103、电容C101和C102。误差放大器11的同相输入端和反相输入端分别接收电压反馈信号Vfb和参考电压Vref。误差放大器11例如是跨导放大器，用于将电压反馈信号Vfb和参考电压Vref的差分电压转换成输出电流。电阻R103和电容C101串联连接在误差放大器11的输出端和地之间，误差放大器11产生的输出电流经由电阻R103对电容C101进行充电，从而将误差放大器11产生的输出电流转换成补偿信号Vcomp。电容C102连接在误差放大器11的输出端和地之间，用于获得补偿信号Vcomp的平滑电压波形。斜坡信号产生器301用于产生斜坡信号Vslope。叠加模块12将电感电流iL的电流检测信号Vsen与斜坡信号Vslope相叠加以产生叠加信号Vs1。比较器13的同相输入端和反相输入端分别接收叠加信号Vs1和补偿信号Vcomp，对二者进行比较以产生置位信号。
进一步地，控制电路310还包括RS触发器15、时钟模块14、以及驱动模块16和17。如上所述，控制电路310根据电压反馈信号Vbf和电流检测信号Vsen产生RS触发器15的置位信号。时钟模块14用于产生时钟信号CLK，作为RS触发器15的复位信号。RS触发器11根据置位信号和复位信号产生彼此反相的逻辑信号，经由驱动模块16和17进行放大和缓冲，然后获得开关控制信号Vgs1和Vgs2。
在开关管Q1导通时，开关管Q2关断。功率变换器300的输入端接收输入电压Vin，对电感L充电。电感电流iL依次流经电感L和开关管Q1。在开关管Q1关断时，开关管Q2导通。电感L经由开关管Q2向输出端放电，从而产生输出电压Vo。在连续的开关周期中，输出电容Co对输出电压Vo进行滤波以获得平滑的电压波形。
根据该实施例的功率变换器，电流检测信号Vsen与斜坡信号Vslope相叠加产生叠加信号Vs1。斜坡信号Vslope用于补偿电流检测信号Vsen的斜率，使得叠加信号Vs1的斜率相对于电流检测信号Vsen的斜率增加，可以减少次谐波振荡的发生，扩大开关控制信号的占空比范围。
根据该实施例的功率变换器，斜坡信号产生器301可以采用模拟电路方案或数字电路方案。如下文所述，斜坡信号产生器301包括比例变换模块和偏移补偿模块，其中，比例变换模块接收所述电感的电流检测信号、以及实时采集的输入电压和输出电压，对所述电感的电流检测信号进行比例变换以获得复制信号，偏移补偿模块对所述复制信号进行偏移补偿以获得斜坡信号。在该实施例中，斜坡信号产生器301采用比例变换模块将电流检测信号复制为斜坡信号，并且设置比例变换模块的电路参数，以符合上式（4）。因此，所述斜坡信号的斜率变化表征所述电感的电感值变化。该功率变换器的斜坡信号产生器301可以在开关周期内自适应地调节斜坡信号的斜率，对电感值的波动进行动态补偿。
图8示出图7所示斜坡信号产生器中的比例变换模块的第一实例的示意性电路图。在该实例中，斜坡信号产生器301a采用模拟电路方案，并且基于复制信号Vslp的采样信号进行偏移补偿。
参见图8，斜坡信号产生器301a包括比例变换模块41和偏移补偿模块22。该偏移补偿模块22与图3所示的斜坡信号产生器201a中的偏移补偿模块22相同，在此不再详述。
比例变换模块41包括乘法模块411、除法模块412、加法模块413。
乘法模块411包括乘法器U4、电阻R21和R22。电阻R21和R22串联连接在乘法模块411的输出端和地之间。乘法器U4的第一输入端接收电流检测信号Vsen，第二输入端连接至电阻R1和R2的中间节点以接收输出电压Vo。
乘法器U4的输出端提供的中间信号V11如下式所示：
(9)
其中，S11表示乘法模块的比例系数，K11表示乘法模块中的乘法器的比例系数，R21和R22分别表示乘法模块中的电阻的电阻值。
除法模块412包括乘法器U5、运算放大器U6、电阻R23至R27。电阻R23连接至运算放大器U6的同相输入端，电阻R25连接在运算放大器U6的反相输入端和地之间。电阻R26和R27串联连接在输入电压Vin和地之间，二者的中间节点连接至乘法器U5的第一输入端。乘法器U5的第二输入端连接至运算放大器U6的输出端，乘法器U5的输出端经由电阻R24连接至运算放大器U6的同相输入端。因此，斜坡信号产生器301a中的乘法器U5、运算放大器U6、电阻R23至R27连接成除法电路。中间信号V11经由电阻R23提供至运算放大器U6的同相输入端，输入电压Vin经由电阻R26和R27提供至乘法器U5的第一输入端。
运算放大器U6的输出端提供的中间信号V12如下式所示：
(10)
其中，S12表示除法模块的比例系数，K12表示除法模块中的乘法器的比例系数，R23和R24以及R26和R27分别表示除法模块中的电阻的电阻值。
加法模块413包括运算放大器U7至U9、电阻R28至R32。电阻R28连接至运算放大器U7的反相输入端与地之间，电阻R29连接在运算放大器U7的输出端和反相输入端之间。运算放大器U7的同相输入端接收电流检测信号Vsen。因此，运算放大器U7与电阻R28和R29连接成同相放大电路。运算放大器U8的反相输入端经由电阻R30连接至除法模块412的输出端，以及经由电阻R31连接至运算放大器U7的输出端。进一步地，电阻R32连接在运算放大器U8的输出端和反相输入端之间。因此，运算放大器U8与电阻RR30至R32连接成反相放大电路。进一步地，运算放大器U9的输出端与反相输入端相连接，从而形成电压跟随器。中间信号V12经由电阻R30提供至运算放大器U8的反相输入端，以及，电流检测信号Vsen的比例信号经由电阻R31提供至运算放大器U8的反相输入端。
运算放大器U9的输出端提供电流检测信号的复制信号Vslp如下式所示：
(11)
其中，R28至R32分别表示加法模块中的多个电阻值。
结合上式（9）至（11），可以将斜坡信号Vslope表达为下式：
（12）
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，Voffset表示与所述电感的电流谷值相对应的偏移补偿信号，a表示所述斜坡信号产生器的第一电路参数，k表示所述斜坡信号产生器的第二电路参数。
在上式（12）中，选择所述斜坡信号产生器中的有源器件和/或无源器件的器件参数，可以设置所述斜坡信号产生器的第一电路参数a，使得第一电路参数a与实时采集的输入电压Vin和输出电压Vo相对应。对于采用BOOST拓扑的功率变换器，a=（Vo-Vin）/Vin，对于采用BUCK拓扑的功率变换器，a=Vo/（Vin-Vo），例如，采用加法模块获得Vin-Vo。在该实施例中，斜坡信号产生器的第一电路参数包括额定的输入电压Vin和额定的输出电压Vo。
在上式（12）中，选择所述斜坡信号产生器中的有源器件和/或无源器件的器件参数，可以设置所述斜坡信号产生器的第二电路参数k，使得第二电路参数k大于1/2。
因此，根据该实施例的斜坡信号产生器，选择斜坡信号产生器中的有源器件和/或无源器件的器件参数，使得斜坡信号产生器的第一电路参数a与实时采集的输入电压Vin和输出电压Vo相对应，并且，斜坡信号产生器第二电路参数k大于1/2，即可以始终符合上式（4）。
因此，根据第二实施例的功率变换器中的斜坡信号产生器，可以对输入电压、输出电压、电感值进行动态补偿，并且选择斜坡信号产生器中的有源器件和/或无源器件的器件参数使得所述斜坡信号产生器始终符合次谐波抑制条件。
图9示出图7所示功率变换器中的斜坡信号产生器第二实例的示意性框图。在该实例中，斜坡信号产生器301b采用数字电路方案，并且基于复制信号Vslp的采样信号进行偏移补偿。
参见图9，斜坡信号产生器301b包括模数转换器ADC1至ADC3、数模转换器DAC、比例变换模块51、偏移补偿模块512。
比例变换模块51和偏移补偿模块512可以是任意的数值计算模块。例如，可以采用处理器的内部模块或程序实现比例变换模块51和偏移补偿模块512。
模数转换器ADC1至ADC3分别将电流检测信号Vsen、输入电压Vin、以及输出电压Vo的模拟值转换成数字值。比例变换模块51对电流检测信号Vsen、输入电压Vin、以及输出电压Vo的数字值进行数值计算，以获得电流检测信号Vsen相对应的复制信号的数字值Dslp1。偏移补偿模块512在预定的采样时刻ts对复制信号的数字值Dslp1进行采样以获得采样值。该采样值表征与电感L的电流谷值相对应的偏移补偿信号。然后，偏移补偿模块512将复制信号的数字值Dslp1的数字值减去采样值以获得斜坡信号的数字值Dslp2。进一步地，数模转换器DAC将斜坡信号的数字值Dslp2转换成斜坡信号。
因此，在斜坡信号产生器301b的输出端提供的斜坡信号Vslope如下式所示：
(13)
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，Voffset表示与所述电感的电流谷值相对应的偏移补偿信号，S20表示比例变换模块的比例系数。
因此，根据该实施例的斜坡信号产生器，选择斜坡信号产生器中的比例变换模块的比例系数，使得斜坡信号产生器第二电路参数k大于1/2，即可以始终符合上式（4）。
因此，根据第二实施例的功率变换器中的斜坡信号产生器，可以对输入电压、输出电压、电感值进行动态补偿，并且选择斜坡信号产生器中的有源器件和/或无源器件的器件参数使得所述斜坡信号产生器始终符合次谐波抑制条件。
图10示出图8所示斜坡信号产生器在波动状态下的工作波形图。
参见图10，在连续的开关周期中，功率变换器300中的斜坡信号产生器301产生的斜坡信号Vslope的斜率始终与输入电压Vin成反比，与输出电压Vo成反比，以及与电感L的电感值成反比。
在时刻0至时刻T的第一开关周期内，斜坡信号Vslope的初始斜率为S0。在时刻t1，电感L的电感值由于环境温度或负载条件变化而减小，则斜坡信号产生器301在从时刻t1至时刻T的时间段内，将斜坡信号Vslope的斜率增大至S1。在时刻T至时刻2T的第二开关周期内，斜坡信号Vslope的初始斜率为S1。在时刻t2，输入电压Vin由于外部电压的变化而增大，和/或输出电压由于外部负载的变化而减小，则斜坡信号产生器301在从时刻t2至时刻2T的时间段内，将斜坡信号Vslope的斜率减小至S2。
因此，该斜坡信号产生器可以在开关周期内自适应地调节斜坡信号的斜率，对输入电压、输出电压和电感值的波动进行快速地动态补偿，改善抑制次谐波振荡的效果，从而提高功率变换器在不同温度和负载条件下的稳定性。
进一步地，该斜坡信号产生电路利用电路参数的选择，实现在开关周期内自适应地调节斜坡信号的斜率。由于该斜坡信号产生器始终符合次谐波抑制条件，该斜坡信号产生器针对不同规格（例如，不同输入电压、不同输出电压、不同电感值）的功率变换器无需分别设计不同的电路结构。因此，该斜坡信号产生器可以简化电路结构，以及显著地降低电路设计成本。
图11示出根据本发明第三实施例的功率变换器的示意性电路图。功率变换器400例如包括开关管Q1和Q2、电感L、以及控制电路410。
功率变换器400采用BOOST拓扑，其中，电感L和开关管Q1串联连接在输入端和接地端之间，开关管Q2连接在电感L和开关管Q1的中间节点和输出端之间。输入电容Ci连接在输入端和接地端之间，输出电容Co连接在输出端和接地端之间，用于获得平滑的输入电压Vin和输出电压Vo的波形。
进一步地，功率变换器400还包括串联连接在输出端和地之间的电阻R101和R102。在电阻R101和R102的中间节点获得输出电压Vo的电压反馈信号Vfb。功率变换器400还包括运算放大器U101和采样电阻Rcs，采样电阻Rcs连接在电感L和开关管Q1之间，运算放大器U101的同相输入端和反相输入端分别连接在采样电阻Rcs的两端，用于获得电感电流iL的电流检测信号Vsen。
根据本发明第三实施例的功率变换器400的控制电路410与根据本发明第二实施例的功率变换器300的控制电路310基本相同，其中，斜坡信号产生器301根据输入电压Vin、输出电压Vo、以及电流检测信号Vsen产生斜率调节信号Vsc，斜坡信号产生器301根据所述斜率调节信号Vsc产生斜坡信号Vslope。在此不再详述。
根据该实施例的功率变换器，电流检测信号Vsen与斜坡信号Vslope相叠加产生叠加信号Vs1。斜坡信号Vslope用于补偿电流检测信号Vsen的斜率，使得叠加信号Vs1的斜率相对于电流检测信号Vsen的斜率增加，可以减少次谐波振荡的发生，扩大开关控制信号的占空比范围。
因此，控制电路410中的斜坡信号产生器301可以在开关周期内自适应地调节斜坡信号的斜率，对输入电压、输出电压和电感值的波动进行快速地动态补偿，改善抑制次谐波振荡的效果，从而提高功率变换器在不同温度和负载条件下的稳定性。
图12示出根据本发明第四实施例的功率变换器的示意性电路图。功率变换器500例如包括开关管Q1、续流二极管D1、电感L、以及控制电路510。
功率变换器500采用BOOST拓扑，其中，电感L和开关管Q1串联连接在输入端和接地端之间，续流二极管D1的阳极连接在电感L和开关管Q1的中间节点和输出端之间，续流二极管D1的阴极连接至输出端。输入电容Ci连接在输入端和接地端之间，输出电容Co连接在输出端和接地端之间，用于获得平滑的输入电压Vin和输出电压Vo的波形。
进一步地，功率变换器500还包括串联连接在输出端和地之间的电阻R101和R102。在电阻R101和R102的中间节点获得输出电压Vo的电压反馈信号Vfb。功率变换器500还包括运算放大器U101和采样电阻Rcs，采样电阻Rcs连接在电感L和开关管Q1之间，运算放大器U101的同相输入端和反相输入端分别连接在采样电阻Rcs的两端，用于获得电感电流iL的电流检测信号Vsen。
控制电路510包括斜坡信号产生器301、误差放大器11、叠加模块12、比较器13、电阻R103、电容C101和C102。误差放大器11的同相输入端和反相输入端分别接收电压反馈信号Vfb和参考电压Vref。误差放大器11例如是跨导放大器，用于将电压反馈信号Vfb和参考电压Vref的差分电压转换成输出电流。电阻R103和电容C101串联连接在误差放大器11的输出端和地之间，误差放大器11产生的输出电流经由电阻R103对电容C101进行充电，从而将误差放大器11产生的输出电流转换成补偿信号Vcomp。电容C102连接在误差放大器11的输出端和地之间，用于获得补偿信号Vcomp的平滑电压波形。斜坡信号产生器301用于产生斜坡信号Vslope。叠加模块12将电感电流iL的电流检测信号Vsen与斜坡信号Vslope相叠加以产生叠加信号Vs1。比较器13的同相输入端和反相输入端分别接收叠加信号Vs1和补偿信号Vcomp，对二者进行比较以产生置位信号。
进一步地，控制电路510还包括RS触发器15、时钟模块14、以及驱动模块16。如上所述，控制电路510根据电压反馈信号Vbf和电流检测信号Vsen产生RS触发器15的置位信号。时钟模块14用于产生时钟信号CLK，作为RS触发器15的复位信号。RS触发器11根据置位信号和复位信号产生反相输出信号QN，经由驱动模块16进行放大和缓冲，然后获得开关控制信号Vgs1。
在开关管Q1导通时，续流二极管D1关断。功率变换器300的输入端接收输入电压Vin，对电感L充电。电感电流iL依次流经电感L和开关管Q1。在开关管Q1关断时，续流二极管D1导通。电感L经由续流二极管D1向输出端放电，从而产生输出电压Vo。在连续的开关周期中，输出电容Co对输出电压Vo进行滤波以获得平滑的电压波形。
进一步地，控制电路510还包括采样保持电路18。采样保持电路18的第一输入端连接至电感L和开关管Q1的中间节点，第二输入端连接至RS触发器15的同相输出端，用于接收同相输出信号Q。采样保持电路18的输出端与斜坡信号产生器301的一个输入端相连接。在开关管Q1关断时，采样保持电路18对电感L和开关管Q1的中间节点电压进行采样，作为输出电压Vo的采样信号。斜坡信号产生器301根据输入电压Vin、输出电压Vo、以及电流检测信号Vsen产生斜率调节信号Vsc，斜坡信号产生器301根据所述斜率调节信号Vsc产生斜坡信号Vslope。
根据该实施例的功率变换器，电流检测信号Vsen与斜坡信号Vslope相叠加产生叠加信号Vs1。斜坡信号Vslope用于补偿电流检测信号Vsen的斜率，使得叠加信号Vs1的斜率相对于电流检测信号Vsen的斜率增加，可以减少次谐波振荡的发生，扩大开关控制信号的占空比范围。
因此，控制电路510中的斜坡信号产生器301可以在开关周期内自适应地调节斜坡信号的斜率，对输入电压、输出电压和电感值的波动进行快速地动态补偿，改善抑制次谐波振荡的效果，从而提高功率变换器在不同温度和负载条件下的稳定性。
在上文详细描述的实施例中，仅以采用BOOST拓扑的功率变换器为例进一步说明本公开的工作原理。然而，可以理解，本公开不限于此。
基于类似的工作原理，本公开可以直接应用于采用峰值电流控制方式或谷值电流控制方式的任意类型的功率变换器。所述功率变换器包括选自BOOST拓扑、BUCK拓扑、BUCK-BOOST拓扑、FLYBACK拓扑任意一种的功率变换器。
与采用BOOST拓扑的功率变换器相比，采用BUCK拓扑的功率变换器中的斜坡信号产生器还包括附加的加法模块，用于获得Vin-Vo。
斜坡信号产生器的电路参数设置为满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
根据本发明的另一方面，提供一种功率变换器的斜坡信号产生方法，所述功率变换器包括耦合在输入端和输出端之间的电感和开关管，所述斜坡信号产生方法包括：对所述电感的电流检测信号进行比例变换以获得复制信号；以及对所述复制信号进行偏移补偿以获得斜坡信号，其中，所述斜坡信号的斜率变化表征所述电感的电感值变化。
对所述电感的电流检测信号进行比例变换以获得复制信号；以及对所述复制信号进行偏移补偿以获得斜坡信号，其中，所述斜坡信号的斜率变化表征所述电感的电感值变化。
可选地，所述偏移补偿包括：在预定的采样时刻获得所述电流检测信号的采样信号；以及将所述电流检测信号减去所述采样信号。
可选地，所述偏移补偿包括：在预定的采样时刻获得所述复制信号的采样信号；以及将所述复制信号减去所述采样信号。
可选地，所述采样时刻为选自所述功率变换器开关周期的开始时刻与半周期时刻之间的任意时刻。
可选地，在所述比例变换中进行数值计算，并且设置数值计算参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
可选地，在所述比例变换中，设置斜坡信号产生器中的有源器件和/或无源器件的参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
在上述实施例的斜坡信号产生器中，比例变换模块41中的乘法模块411、除法模块412、加法模块413依次连接。然而，本发明不限于此。在比例变换模块41中，乘法模块411、除法模块412、加法模块413的顺序可以改变。例如，在除法模块412、乘法模块411、加法模块413依次连接的情形下，可以等价地获得上式（11）所示的复制信号Vslp。
在上述实施例的斜坡信号产生器中，比例变换模块41与偏移补偿模块22依次连接，先进行比例变换后对复制信号进行偏移补偿，其中，偏移补偿模块22中的采样保持模块221在预定的采样时刻获得复制信号Vslp的采样信号，减法模块222将复制信号Vslp减去采样信号以进行偏移补偿。然而，本发明不限于此。在斜坡信号产生器中，比例变换模块41与偏移补偿模块22的顺序可以改变。例如，在偏移补偿模块22和比例变换模块41依次连接的情形下，先对电流检测信号Vsen进行偏移补偿后进行比例变换，其中，偏移补偿模块22中的采样保持模块221在预定的采样时刻获得电流检测信号Vsen的采样信号，减法模块222将电流检测信号Vsen减去采样信号以进行偏移补偿。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种用于功率变换器的斜坡信号产生器，所述功率变换器包括耦合在输入端和输出端之间的电感和开关管，所述斜坡信号产生器包括：
比例变换模块，用于对所述电感的电流检测信号进行比例变换以获得复制信号；以及
偏移补偿模块，用于对所述复制信号进行偏移补偿以获得斜坡信号，
其中，所述斜坡信号的斜率变化表征所述电感的电感值变化，
所述斜坡信号Vslope如下式所示：
，
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，Voffset表示与所述电感的电流谷值相对应的偏移补偿信号，a表示所述斜坡信号产生器的第一电路参数，k表示所述斜坡信号产生器的第二电路参数，所述第一电路参数与所述功率变换器的输入电压和输出电压相关。
2.根据权利要求1所述的斜坡信号产生器，其中，所述偏移补偿模块包括：
采样保持模块，用于在预定的采样时刻获得所述电流检测信号的采样信号；以及
减法模块，用于将所述电流检测信号减去所述采样信号以进行偏移补偿。
3.根据权利要求2所述的斜坡信号产生器，其中，所述偏移补偿模块包括：
采样保持模块，用于在预定的采样时刻获得所述复制信号的采样信号；以及
减法模块，用于将所述复制信号减去所述采样信号以进行偏移补偿。
4.根据权利要求2或3所述的斜坡信号产生器，其中，所述采样时刻为选自所述功率变换器开关周期的开始时刻与半周期时刻之间的任意时刻。
5.根据权利要求2或3所述的斜坡信号产生器，其中，所述偏移补偿模块在所述开关周期的采样时刻对所述电流检测信号或所述复制信号的数字值进行采样和计算，以及在所述开关周期的采样时刻之后提供所述斜坡信号。
6.根据权利要求2或3所述的斜坡信号产生器，其中，在所述采样保持模块的输入端连接有第一开关，在所述减法模块的输出端连接有第二开关，所述第一开关和所述第二开关同步切换，从而在所述开关周期的采样时刻对所述电流检测信号或所述复制信号的模拟值进行采样和计算，以及在所述开关周期的采样时刻之后提供所述斜坡信号。
7.根据权利要求1所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜坡信号产生器还包括：
模数转换器，用于将所述电流检测信号的模拟值转换成数字值；以及
数模转换器，用于将所述斜坡信号的数字值转换成模拟值，
其中，所述比例变换模块接收所述电流检测信号的数字值，对所述电流检测信号进行数值计算以获得所述复制信号的数字值。
8.根据权利要求7所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜坡信号产生器的第一电路参数和第二电路参数为所述比例变换模块的比例系数，设置所述比例变换模块的比例系数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
9.根据权利要求1所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜坡信号产生器的第一电路参数是所述功率变换器额定的输入电压和输出电压相关的预定参数。
10.根据权利要求9所述的斜坡信号产生器，其中，所述比例变换模块包括：
运算放大器，所述斜坡信号产生器的第二电路参数是所述运算放大器的比例系数。
11.根据权利要求10所述的斜坡信号产生器，其中，设置所述比例变换模块中的无源器件的参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
12.根据权利要求1所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜坡信号产生器的第一电路参数是所述功率变换器实时采集的输入电压和输出电压相关的实时参数。
13.根据权利要求12所述的斜坡信号产生器，其中，所述比例变换模块包括：
乘法模块，用于将所述电流检测信号和所述输出电压相乘以获得第一信号；
除法模块，用于将所述第一信号除以所述输入电压以获得第二信号；以及
加法模块，用于将所述第二信号加上所述电流检测信号以获得第三信号。
14.根据权利要求12所述的斜坡信号产生器，其中，所述比例变换模块包括：
除法模块，用于将所述电流检测信号除以所述输入电压以获得第一信号；
乘法模块，用于将所述第一信号和所述输出电压相乘以获得第二信号；以及
加法模块，用于将所述第二信号加上所述电流检测信号以获得第三信号。
15.根据权利要求13或14所述的斜坡信号产生器，其中，所述乘法模块和所述除法模块包括分别选自乘法器的有源器件，所述除法模块、所述乘法模块和所述加法模块分别包括选自电阻和电容至少之一的无源器件。
16.根据权利要求15所述的斜坡信号产生器，其中，设置所述比例变换模块中的有源器件和/或无源器件的参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
17.一种功率变换器，包括：
输入端和输出端，分别接收输入电压和提供输出电压；
耦合在所述输入端和所述输出端之间的电感和开关管；以及
控制电路，用于产生所述开关管的开关控制信号，在所述开关管的导通状态下采用所述输入电压对所述电感充电，以及在所述开关管的关断状态下所述电感放电，从而所述输出端产生所述输出电压，
其中，所述控制电路包括根据权利要求1至16中任一项所述的斜坡信号产生器。
18.根据权利要求17所述的功率变换器，其中，所述功率变换器采用峰值电流控制方式或谷值电流控制方式。
19.根据权利要求18所述的功率变换器，其中，所述功率变换器包括选自BOOST拓扑、BUCK拓扑、BUCK-BOOST拓扑、FLYBACK拓扑任意一种的功率变换器。
20.一种功率变换器的斜坡信号产生方法，所述功率变换器包括耦合在输入端和输出端之间的电感和开关管，所述斜坡信号产生方法包括：
对所述电感的电流检测信号进行比例变换以获得复制信号；以及
对所述复制信号进行偏移补偿以获得斜坡信号，
其中，所述斜坡信号的斜率变化表征所述电感的电感值变化，
所述斜坡信号Vslope如下式所示：
，
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，Voffset表示与所述电感的电流谷值相对应的偏移补偿信号，a表示所述斜坡信号产生器的第一电路参数，k表示所述斜坡信号产生器的第二电路参数，所述第一电路参数与所述功率变换器的输入电压和输出电压相关。
21.根据权利要求20所述的斜坡信号产生方法，其中，所述偏移补偿包括：
在预定的采样时刻获得所述电流检测信号的采样信号；以及
将所述电流检测信号减去所述采样信号。
22.根据权利要求20所述的斜坡信号产生方法，其中，所述偏移补偿包括：
在预定的采样时刻获得所述复制信号的采样信号；以及
将所述复制信号减去所述采样信号。
23.根据权利要求21或22所述的斜坡信号产生方法，其中，所述采样时刻为选自所述功率变换器开关周期的开始时刻与半周期时刻之间的任意时刻。
24.根据权利要求23所述的斜坡信号产生方法，其中，在所述比例变换中进行数值计算，并且设置数值计算参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
25.根据权利要求23所述的斜坡信号产生方法，其中，在所述比例变换中，设置斜坡信号产生器中的有源器件和/或无源器件的参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
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