CN116633139A - 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：斜率控制模块，用于根据所述电感的电流检测信号获得斜率调节信号；以及信号产生模块，用于根据所述斜率调节信号产生斜坡信号，其中，所述斜率调节信号至少表征所述电感的电感值，所述信号产生模块根据所述斜率调节信号动态调节所述斜坡信号的斜率。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，最大可以变化可达40%，严重的会导致高温重载时再次出现次谐波振荡问题。
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，对电流检测信号进行微分以获得斜率调节信号，以及根据斜率调节信号产生斜坡信号，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：斜率控制模块，用于根据所述电感的电流检测信号获得斜率调节信号；以及信号产生模块，用于根据所述斜率调节信号产生斜坡信号，其中，所述斜率调节信号至少表征所述电感的电感值，所述信号产生模块根据所述斜率调节信号动态调节所述斜坡信号的斜率。
可选地，所述斜率控制模块对所述电流检测信号进行微分以获得所述斜率调节信号，所述信号产生模块按照下式动态调节所述斜坡信号的斜率：
，
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，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，设置所述斜坡信号产生器的有源器件和/或无源器件的参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
可选地，所述第一电路参数与所述功率变换器额定的输入电压和输出电压相关。
可选地，所述斜率控制模块包括：微分模块，用于对所述电流检测信号进行微分以获得第一信号；以及减法模块，用于将所述第一信号和所述第一信号的比例信号相减以获得第二信号。
可选地，所述微分模块和所述减法模块分别包括选自运算放大器的有源器件以及选自电阻和电容至少之一的无源器件。
可选地，所述第一电路参数与所述功率变换器实时采集的输入电压和输出电压相关。
可选地，所述斜率控制模块包括：微分模块，用于对所述电流检测信号进行微分以获得第一信号；除法模块，用于将所述输出电压除以所述输入电压以获得第二信号；乘法模块，用于将所述第一信号和所述第二信号相乘以获得第三信号；以及加法模块，用于将所述第三信号减去所述第一信号以获得所述斜率调节信号。
可选地，所述斜率控制模块包括：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；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； 以及微分模块，用于对所述第三信号进行微分以获得所述斜率调节信号。
可选地，所述斜率控制模块包括：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；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； 以及微分模块，用于对所述第三信号进行微分以获得所述斜率调节信号。
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，所述微分模块、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，所述信号产生模块包括：反相比例模块，用于获得所述斜率调节信号的反相比例信号；以及电压转换模块，用于根据所述反相比例信号产生所述斜坡信号。
可选地，所述反相比例模块包括选自运算放大器的有源器件以及选自电阻和电容至少之一的无源器件，所述电压转换模块包括选自电流镜的有源器件和选自电阻和电容至少之一的无源器件。
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：据所述电感的电流检测信号获得斜率调节信号；以及根据所述斜率调节信号产生斜坡信号，其中，所述斜率调节信号至少表征所述电感的电感值，所述信号产生模块根据所述斜率调节信号动态调节所述斜坡信号的斜率。
可选地，所述斜率控制模块对所述电流检测信号进行微分以获得所述斜率调节信号，所述信号产生模块按照下式动态调节所述斜坡信号的斜率：
，
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，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，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。
可选地，所述获得斜率调节信号的步骤包括：对所述电流检测信号进行多级运算以获得所述斜率调节信号，其中，所述多级运算包括对所述电感的电流检测信号进行微分、对所述输入电压进行除法运算、对所述输出电压进行乘法运算，以及,在前级计算结果的基础上减去所述电流检测信号或所述电流检测信的微分信号。
可选地，采用有源器件和无源器件组成的电路模块分别实现所述多级运算中的各级运算。
可选地，所述根据所述斜率调节信号产生斜坡信号的步骤包括：获得所述斜率调节信号的反相比例信号；以及根据所述反相比例信号产生所述斜坡信号。
可选地，采用有源器件和无源器件组成的电路模块实现所述根据所述斜率调节信号产生斜坡信号的步骤。
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，对电流检测信号进行微分以获得斜率调节信号，以及根据所述斜率调节信号产生斜坡信号。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，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。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的示意性框图。
图4示出图3所示斜坡信号产生器中的斜率控制模块的示意性电路图。
图5示出图3所示斜坡信号产生器中的信号产生模块的示意性电路图。
图6示出图2所示斜坡信号产生器的工作波形图。
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的示意性框图。
图9示出图8所示斜坡信号产生器中的斜率控制模块的第一实例的示意性电路图。
图10示出图8所示斜坡信号产生器中的信号产生模块的示意性电路图。
图11示出图8所示斜坡信号产生器的工作波形图。
图12示出图8所示斜坡信号产生器中的斜率控制模块的第二实例的示意性电路图。
图13示出图8所示斜坡信号产生器中的斜率控制模块的第三实例的示意性电路图。
图14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15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。
参见图3，斜坡信号产生器201包括斜率控制模块20和信号产生模块60。斜率控制模块20接收电流检测信号Vsen，根据电流检测信号Vsen产生至少表征所述电感的电感值的斜率调节信号Vsc，信号产生模块60根据所述斜率调节信号Vsc产生斜坡信号Vslope。
图4示出图3所示斜坡信号产生器中的斜率控制模块的示意性电路图。
参见图4，斜率控制模块20包括微分模块21和减法模块22。
微分模块21包括运算放大器U1、电阻R13和电容C1。电容C1连接至运算放大器U1的反相输入端，电阻R13连接在运算放大器U1的输出端和反相输入端之间。运算放大器U1的同相输入端接地。因此，斜率控制模块20中的运算放大器U1、电阻R13和电容C1连接成微分电路。电流检测信号Vsen经由电容C1提供至运算放大器U1的反相输入端。
运算放大器U1的输出端提供的中间信号V1如下式所示：
(1)
其中，S1表示微分模块的比例系数，R13和C1分别表示微分模块中的电阻值和电容值。
减法模块22包括运算放大器U2至U4、电阻R8至R12。电阻R8连接至运算放大器U2的反相输入端，电阻R9连接在运算放大器U2的输出端和反相输入端之间。运算放大器U2的同相输入端接地，因此，运算放大器U2与电阻R8和R9连接成反相放大电路。电阻R11连接至运算放大器U3的反相输入端，电阻R12连接在运算放大器U3的输出端和反相输入端之间。运算放大器U3的同相输入端接地，因此，运算放大器U3与电阻R11和R12连接成反相放大电路。进一步地，电阻R10连接在运算放大器U3的输出端和运算放大器U2的反相输入端之间。运算放大器U4的同相输入端连接至运算放大器U2的输出端。运算放大器U4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V1经由电阻R8提供至运算放大器U2的反相输入端，以及经由电阻R11提供至运算放大器U3的反相输入端。
运算放大器U4的输出端提供的斜率控制信号Vsc如下式所示：
(2)
其中，R8至R12分别表示减法模块中的多个电阻值。
图5示出图3所示斜坡信号产生器中的信号产生模块的示意性电路图。
参见图5，信号产生模块60包括反相比例模块61和电压转换模块62。
反相比例模块61包括运算放大器U5以及电阻R14至R16。电阻R14连接至运算放大器U5的反相输入端，电阻R16连接在运算放大器U5的输出端和反相输入端之间，电阻R15连接在运算放大器U5的同相输入端和地之间。因此，反相比例模块61中的运算放大器U5以及电阻R14至R16连接成反相放大电路。斜率控制信号Vsc经由电阻R14提供至运算放大器U5的反相输入端。
运算放大器U5的输出端产生的中间信号V2如下式所示：
(3)
电压转换模块62包括运算放大器U6、P型晶体管MP1和MP2、N型晶体管MN1和MN2、电阻R17和电容C2。P型晶体管MP1和MP2连接成1：1的电流镜。N型晶体管MN1和电阻R17串联连接在P型晶体管MP1和地之间，从而位于电流镜的第一电流路径上。N型晶体管MN2和电容C2并联连接在P型晶体管MP2和地之间，从而位于电流镜的第二电流路径上。
进一步地，运算放大器U6的同相输入端接收斜率控制信号Vsc，反相输入端连接至N型晶体管MN1的源极，输出端连接至N型晶体管MN1的栅极，因而在第一电流路径上产生与中间信号V2成正比的第一电流I11。由于电流镜的镜像作用，在第二电流路径上产生与第一电流I11成比例的第二电流I12。在该实施例中，第一电流I11等于第二电流I12。N型晶体管MN2的栅极接收时钟信号CLK。按照时钟信号CLK的时钟周期对电容C2进行充电和放电，从而获得与时钟信号CLK的时钟周期相同的斜坡信号Vslope。
电压转换模块62中的电容C2的高电位端作为输出端，用于提供斜坡信号Vslope，如下式所示：
(4)
其中，C2和R17分别表示电流镜中的电容值和电阻值。
结合上式（1）至（4），然后对斜坡信号Vslope进行求导，可以获得斜坡信号Vslope的斜率如下式所示：
（5）
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，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（5）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与预设的输入电压Vin和输出电压Vo相对应。
对于采用BOOST拓扑的功率变换器，a=（Vin-Vo）/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（5）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。
基于功率变换器的理论分析可知，在满足以下式（5）时，可以消除功率变换器的次谐波振荡。
（6）
其中，Vin和Vo分别表示功率变换器的输入电压和输出电压，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，D表示开关控制信号的占空比。
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与预设的输入电压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，即可以始终符合式（6）。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，所述斜坡信号产生器始终符合次谐波抑制条件。
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201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。
进一步地，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。
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。
参见图8，斜坡信号产生器301包括斜率控制模块30和信号产生模块60。斜率控制模块30接收输入电压Vin、输出电压Vo、以及电流检测信号Vsen，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，信号产生模块60根据所述斜率调节信号Vsc产生斜坡信号Vslope。在该实施例中，斜率调节信号Vsc不仅用于表征所述电感的电感值，而且还用于表征输入电压Vin和输出电压Vo。
图9示出图8所示斜坡信号产生器中的斜率控制模块的第一实例的示意性电路图。
参见图9，斜率控制模块30包括微分模块31、除法模块32、乘法模块33和加法模块34。
微分模块31包括运算放大器U1、电阻R13和电容C1。电容C1与运算放大器U1的反相输入端，电阻R13连接在运算放大器U1的输出端和反相输入端之间。运算放大器U1的同相输入端接地。因此，斜率控制模块30中的运算放大器U1、电阻R13和电容C1连接成微分电路。电流检测信号Vsen经由电容C1提供至运算放大器U1的反相输入端。
运算放大器U1的输出端提供的中间信号V1如下式所示：
(7)
其中，S1表示微分模块的比例系数，R13和C1分别表示微分模块中的电阻值和电容值。
除法模块32包括乘法器U11、运算放大器U12、电阻R3至R7。电阻R3连接至运算放大器U12的同相输入端，电阻R5连接在运算放大器U12的反相输入端和地之间。电阻R6和R7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U11的第一输入端。乘法器U11的第二输入端连接至运算放大器U12的输出端，乘法器U11的输出端经由电阻R4连接至运算放大器U12的同相输入端。因此，斜率控制模块30中的乘法器U11、运算放大器U12、电阻R4至R7连接成除法电路。电流检测信号Vsen经由电阻R3提供至运算放大器U12的同相输入端，输入电压Vin经由电阻R6和R7提供至乘法器U11的第一输入端。
运算放大器U12的输出端提供的中间信号V12如下式所示：
(8)
其中，S2表示除法模块的比例系数，K11表示除法模块中的乘法器的比例系数，R3和R4以及R6和R7分别表示除法模块中的电阻的电阻值。
乘法模块33包括乘法器U13、电阻R1和R2。电阻R1和R2串联连接在除法模块32的输出端和地之间。乘法器U13的第一输入端连接至微分模块31的输出端以接收中间信号V11，第二输入端连接至电阻R1和R2的中间节点以接收中间信号V12。
乘法器U13的输出端提供的中间信号V13如下式所示：
(9)
其中，S3表示乘法模块的比例系数，K12表示乘法模块中的乘法器的比例系数，R1和R2分别表示乘法模块中的电阻的电阻值。
加法模块34包括运算放大器U2至U4、电阻R8至R12。电阻R8连接至运算放大器U2的反相输入端，电阻R9连接在运算放大器U2的输出端和反相输入端之间。运算放大器U2的同相输入端接地，因此，运算放大器U2与电阻R8和R9连接成同相放大电路。电阻R11连接在运算放大器U3的反相输入端和地之间，电阻R12连接在运算放大器U3的输出端和反相输入端之间。因此，运算放大器U3与电阻R11和R12连接成同相放大电路。进一步地，电阻R10连接在运算放大器U3的输出端和运算放大器U2的反相输入端之间。运算放大器U4的同相输入端连接至运算放大器U2的输出端。运算放大器U4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R8提供至运算放大器U2的反相输入端，以及，电流检测信号Vsen提供至运算放大器U3的同相输入端。
运算放大器U4的输出端提供的斜率控制信号Vsc如下式所示：
(10)
其中，R8至R12分别表示加法模块中的多个电阻值。
图10示出图8所示斜坡信号产生器中的信号产生模块的示意性电路图。
参见图10，信号产生模块60包括反相比例模块61和电压转换模块62。
反相比例模块61包括运算放大器U5以及电阻R14至R16。电阻R14连接至运算放大器U5的反相输入端，电阻R16连接在运算放大器U5的输出端和反相输入端之间，电阻R15连接在运算放大器U5的同相输入端和地之间。因此，反相比例模块61中的运算放大器U5以及电阻R14至R16连接成反相放大电路。斜率控制信号Vsc经由电阻R14提供至运算放大器U5的反相输入端。
运算放大器U5的输出端产生的中间信号V2如下式所示：
(11)
电压转换模块62包括运算放大器U6、P型晶体管MP1和MP2、N型晶体管MN1和MN2、电阻R17和电容C2。P型晶体管MP1和MP2连接成1：1的电流镜。N型晶体管MN1和电阻R17串联连接在P型晶体管MP1和地之间，从而位于电流镜的第一电流路径上。N型晶体管MN2和电容C2并联连接在P型晶体管MP2和地之间，从而位于电流镜的第二电流路径上。
进一步地，运算放大器U6的同相输入端接收斜率控制信号Vsc，反相输入端连接至N型晶体管MN1的源极，输出端连接至N型晶体管MN1的栅极，因而在第一电流路径上产生与中间信号V2成正比的第一电流I11。由于电流镜的镜像作用，在第二电流路径上产生与第一电流I11成比例的第二电流I12。在该实施例中，第一电流I11等于第二电流I12。N型晶体管MN2的栅极接收时钟信号CLK。按照时钟信号CLK的时钟周期对电容C2进行充电和放电，从而获得与时钟信号CLK的时钟周期相同的斜坡信号Vslope。
电压转换模块62中的电容C2的高电位端作为输出端，用于提供斜坡信号Vslope，如下式所示：
(12)
其中，C2和R17分别表示电流镜中的电容值和电阻值。
结合上式（7）至（12），然后对斜坡信号Vslope进行求导，可以获得斜坡信号Vslope的斜率如下式所示：
（13）
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，k表示所述斜坡信号产生器的电路参数。
在上式（13）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电路参数k，使得电路参数k大于1/2。斜坡信号产生器中的有源器件的器件参数包括乘法模块和降法模块中的乘法器的比例系数、电压转换模块中的电流镜的比例系数。斜坡信号产生器中的有源器件的器件参数包括各个模块中的电阻值和/或电容值。
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电路参数k大于1/2，即可以始终符合式（6）。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，所述斜坡信号产生器始终符合次谐波抑制条件。
参见图11，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增大，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的斜率减小至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的斜率增大至S2。在时刻2T至时刻3T的第三开关周期内，斜坡信号Vslope的初始斜率为S2。在时刻t3，输出电压Vo由于负载条件的变化而减小，则斜坡信号产生器301在从时刻t3至时刻.T的时间段内，将斜坡信号Vslope的斜率减小至S3。
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12示出图8所示斜坡信号产生器中的斜率控制模块的第二实例的示意性电路图。
参见图12，斜率控制模块40包括乘法模块41、除法模块42、加法模块43和微分模块44。
乘法模块41包括乘法器U13、电阻R1和R2。电阻R1和R2串联连接在乘法模块41的输出端和地之间。乘法器U13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U13的输出端提供的中间信号V11如下式所示：
(14)
其中，S3表示乘法模块的比例系数，K12表示乘法模块中的乘法器的比例系数，R1和R2分别表示乘法模块中的电阻的电阻值。
除法模块42包括乘法器U11、运算放大器U12、电阻R3至R7。电阻R3连接至运算放大器U12的同相输入端，电阻R5连接在运算放大器U12的反相输入端和地之间。电阻R6和R7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U11的第一输入端。乘法器U11的第二输入端连接至运算放大器U12的输出端，乘法器U11的输出端经由电阻R4连接至运算放大器U12的同相输入端。因此，斜率控制模块40中的乘法器U11、运算放大器U12、电阻R3至R7连接成除法电路。中间信号V11经由电阻R3提供至运算放大器U12的同相输入端，输入电压Vin经由电阻R6和R7提供至乘法器U11的第一输入端。
运算放大器U12的输出端提供的中间信号V12如下式所示：
(15)
其中，S2表示除法模块的比例系数，K11表示除法模块中的乘法器的比例系数，R3和R4以及R6和R7分别表示除法模块中的电阻的电阻值。
加法模块43包括运算放大器U2至U4、电阻R8至R12。电阻R8连接至运算放大器U2的反相输入端，电阻R9连接在运算放大器U2的输出端和反相输入端之间。运算放大器U2的同相输入端接地，因此，运算放大器U2与电阻R8和R9连接成反相放大电路。电阻R11连接在运算放大器U3的反相输入端和地之间，电阻R12连接在运算放大器U3的输出端和反相输入端之间。因此，运算放大器U3与电阻R11和R12连接成同相放大电路。进一步地，电阻R10连接在运算放大器U3的输出端和运算放大器U2的反相输入端之间。运算放大器U4的同相输入端连接至运算放大器U2的输出端。运算放大器U4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R8提供至运算放大器U2的反相输入端，以及，电流检测信号Vsen提供至运算放大器U3的同相输入端。
运算放大器U4的输出端提供的中间信号V13如下式所示：
(16)/>
其中，R8至R12分别表示加法模块中的多个电阻值。
微分模块44包括运算放大器U1、电阻R13和电容C1。电容C1与运算放大器U1的反相输入端，电阻R13连接在运算放大器U1的输出端和反相输入端之间。运算放大器U1的同相输入端接地。因此，斜率控制模块40中的运算放大器U1、电阻R13和电容C1连接成微分电路。电流检测信号Vsen经由电容C1提供至运算放大器U1的反相输入端。
运算放大器U1的输出端提供的斜率控制信号Vsc如下式所示：
(17)
其中，S1表示微分模块的比例系数，R13和C1分别表示微分模块中的电阻值和电容值。
结合上式（14）至（17）以及（11）到（12），然后对斜坡信号Vslope进行求导，可以获得如上式（13）所示的斜坡信号Vslope的斜率公式。
因此，斜坡信号产生器301采用第二实例的斜率控制模块40，与采用第一实例的斜率控制模块30的功能基本相同。该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13示出图8所示斜坡信号产生器中的斜率控制模块的第三实例的示意性电路图。
参见图13，斜率控制模块50包括除法模块51、乘法模块52、加法模块53和微分模块54。
除法模块51包括乘法器U11、运算放大器U12、电阻R3至R7。电阻R3连接至运算放大器U12的同相输入端，电阻R5连接在运算放大器U12的反相输入端和地之间。电阻R6和R7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U11的第一输入端。乘法器U11的第二输入端连接至运算放大器U12的输出端，乘法器U11的输出端经由电阻R4连接至运算放大器U12的同相输入端。因此，斜率控制模块50中的乘法器U11、运算放大器U12、电阻R4至R7连接成除法电路。电流检测信号Vsen经由电阻R3提供至运算放大器U12的同相输入端，输入电压Vin经由电阻R6和R7提供至乘法器U11的第一输入端。
运算放大器U12的输出端提供的中间信号V11如下式所示：
(18)
其中，S2表示除法模块的比例系数，K11表示除法模块中的乘法器的比例系数，R3和R4以及R6和R7分别表示除法模块中的电阻的电阻值。
乘法模块52包括乘法器U13、电阻R1和R2。电阻R1和R2串联连接在除法模块51的输出端和地之间。乘法器U13的第一输入端接收中间信号V11，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U13的输出端提供的中间信号V12如下式所示：
(19)
其中，S3表示乘法模块的比例系数，K12表示乘法模块中的乘法器的比例系数，R1和R2分别表示乘法模块中的电阻的电阻值。
加法模块53包括运算放大器U2至U4、电阻R8至R12。电阻R8连接至运算放大器U2的反相输入端，电阻R9连接在运算放大器U2的输出端和反相输入端之间。运算放大器U2的同相输入端接地，因此，运算放大器U2与电阻R8和R9连接成反相放大电路。电阻R11连接在运算放大器U3的反相输入端和地之间，电阻R12连接在运算放大器U3的输出端和反相输入端之间。因此，运算放大器U3与电阻R11和R12连接成同相放大电路。进一步地，电阻R10连接在运算放大器U3的输出端和运算放大器U2的反相输入端之间。运算放大器U4的同相输入端连接至运算放大器U2的输出端。运算放大器U4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R8提供至运算放大器U2的反相输入端，以及，电流检测信号Vsen提供至运算放大器U3的同相输入端。
运算放大器U4的输出端提供的中间信号V13如下式所示：
(20)
其中，R8至R12分别表示加法模块中的多个电阻值。
微分模块54包括运算放大器U1、电阻R13和电容C1。电容C1与运算放大器U1的反相输入端，电阻R13连接在运算放大器U1的输出端和反相输入端之间。运算放大器U1的同相输入端接地。因此，斜率控制模块50中的运算放大器U1、电阻R13和电容C1连接成微分电路。电流检测信号Vsen经由电容C1提供至运算放大器U1的反相输入端。
运算放大器U1的输出端提供的斜率控制信号Vsc如下式所示：
(21)
其中，S1表示微分模块的比例系数，R13和C1分别表示微分模块中的电阻值和电容值。
结合上式（18）至（21）以及（11）到（12），然后对斜坡信号Vslope进行求导，可以获得如上式（13）所示的斜坡信号Vslope的斜率公式。
因此，斜坡信号产生器301采用第三实例的斜率控制模块50，与采用第一实例的斜率控制模块30的功能基本相同。该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14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，信号产生模块60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15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，信号产生模块60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。
例如，对于采用BUCK拓扑的功率变换器，所述斜坡信号Vslope的斜率如下式所示：
(22)
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，Vin表示所述输入端接收的输入电压，Vo表示所述输出端提供的输出电压，k表示所述斜坡信号产生器的电路参数。
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减法模块，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微分以获得斜率调节信号，所述斜率调节信号至少表征所述电感的电感值；以及根据所述斜率调节信号产生斜坡信号。
可选地，所述斜坡信号Vslope的斜率如式（5）所述。
可选地，所述斜率控制模块根据所述电感的电流检测信号、所述输入端接收的输入电压和所述输出端提供的输出电压产生斜率调节信号。
可选地，所述功率变换器采用BOOST拓扑，所述斜坡信号Vslope的斜率如式（13）所示。
可选地，所述功率变换器采用BUCK拓扑，所述斜坡信号Vslope的斜率如式（22）所示。
可选地，所述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。
可选地，所述获得斜率调节信号的步骤包括：对所述电流检测信号进行多级运算以获得所述斜率调节信号，其中，所述多级运算包括对所述电感的电流检测信号进行微分、对所述输入电压进行除法运算、对所述输出电压进行乘法运算，以及在前级计算结果的基础上减去所述电流检测信号或所述电流检测信的微分信号。
可选地，采用有源器件和无源器件组成的电路模块分别实现所述多级运算中的各级运算。
可选地，所述根据所述斜率调节信号产生斜坡信号的步骤包括：获得所述斜率调节信号的反相比例信号；以及根据所述反相比例信号产生所述斜坡信号。
可选地，采用有源器件和无源器件组成的电路模块，对所述斜率调节信号进行处理以产生所述斜坡信号。
可选地，通过选择所述有源器件和/或所述无源器件的器件参数使得所述斜坡信号产生器符合次谐波抑制条件。
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 (23)

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：
斜率控制模块，用于根据所述电感的电流检测信号获得斜率调节信号；以及
信号产生模块，用于根据所述斜率调节信号产生斜坡信号，
其中，所述斜率调节信号至少表征所述电感的电感值，所述信号产生模块根据所述斜率调节信号动态调节所述斜坡信号的斜率。
2.根据权利要求1所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜率控制模块对所述电流检测信号进行微分以获得所述斜率调节信号，所述信号产生模块按照下式动态调节所述斜坡信号的斜率：
，
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，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。
3.根据权利要求2所述的斜坡信号产生器，其中，设置所述斜坡信号产生器的有源器件和/或无源器件的参数，以满足次谐波抑制条件：k大于1/2。
4.根据权利要求3所述的斜坡信号产生器，其中，所述第一电路参数与所述功率变换器额定的输入电压和输出电压相关。
5.根据权利要求4所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜率控制模块包括：
微分模块，用于对所述电流检测信号进行微分以获得第一信号；以及
减法模块，用于将所述第一信号和所述第一信号的比例信号相减以获得第二信号。
6.根据权利要求5所述的斜坡信号产生器，其中，所述微分模块和所述减法模块分别包括选自运算放大器的有源器件以及选自电阻和电容至少之一的无源器件。
7.根据权利要求2所述的斜坡信号产生器，其中，所述第一电路参数与所述功率变换器实时采集的输入电压和输出电压相关。
8.根据权利要求7所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜率控制模块包括：
微分模块，用于对所述电流检测信号进行微分以获得第一信号；
除法模块，用于将所述输出电压除以所述输入电压以获得第二信号；
乘法模块，用于将所述第一信号和所述第二信号相乘以获得第三信号；以及
加法模块，用于将所述第三信号减去所述第一信号以获得所述斜率调节信号。
9.根据权利要求7所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜率控制模块包括：
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；
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； 以及
微分模块，用于对所述第三信号进行微分以获得所述斜率调节信号。
10.根据权利要求7所述的斜坡信号产生器，其中，所述斜率控制模块包括：
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；
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； 以及
微分模块，用于对所述第三信号进行微分以获得所述斜率调节信号。
11.根据权利要求8至10中任一项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，所述微分模块、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。
12.根据权利要求1所述的斜坡信号产生器，其中，所述信号产生模块包括：
反相比例模块，用于获得所述斜率调节信号的反相比例信号；以及
电压转换模块，用于根据所述反相比例信号产生所述斜坡信号。
13.根据权利要求12所述的斜坡信号产生器，其中，所述反相比例模块包括选自运算放大器的有源器件以及选自电阻和电容至少之一的无源器件，所述电压转换模块包括选自电流镜的有源器件和选自电阻和电容至少之一的无源器件。
14.一种功率变换器，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13中任一项所述的斜坡信号产生器。
15.根据权利要求14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。
16.根据权利要求15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。
17.一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：
据所述电感的电流检测信号获得斜率调节信号；以及
根据所述斜率调节信号产生斜坡信号，
其中，所述斜率调节信号至少表征所述电感的电感值，所述信号产生模块根据所述斜率调节信号动态调节所述斜坡信号的斜率。
18.根据权利要求17所述的斜坡信号产生方法，其中，所述斜率控制模块对所述电流检测信号进行微分以获得所述斜率调节信号，所述信号产生模块按照下式动态调节所述斜坡信号的斜率：
，
其中，Vsen表示所述电感的电流检测信号，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。
19.根据权利要求18所述的斜坡信号产生方法，其中，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。
20.根据权利要求19所述的斜坡信号产生方法，其中，所述获得斜率调节信号的步骤包括：
对所述电流检测信号进行多级运算以获得所述斜率调节信号，
其中，所述多级运算包括对所述电感的电流检测信号进行微分、对所述输入电压进行除法运算、对所述输出电压进行乘法运算，以及,在前级计算结果的基础上减去所述电流检测信号或所述电流检测信的微分信号。
21.根据权利要求20所述的斜坡信号产生方法，其中，采用有源器件和无源器件组成的电路模块分别实现所述多级运算中的各级运算。
22.根据权利要求17所述的斜坡信号产生方法，其中，所述根据所述斜率调节信号产生斜坡信号的步骤包括：
获得所述斜率调节信号的反相比例信号；以及
根据所述反相比例信号产生所述斜坡信号。
23.根据权利要求22所述的斜坡信号产生方法，其中，采用有源器件和无源器件组成的电路模块实现所述根据所述斜率调节信号产生斜坡信号的步骤。
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