CN203522536U - 斜坡补偿电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种斜坡补偿电路，该斜坡补偿电路包括开关控制模块、与开关控制模块连接的斜坡生成模块及与斜坡生成模块连接的输出模块，其中，开关控制模块用于接收外部控制信号并根据接收到的外部控制信号对斜坡生成模块进行复位控制；斜坡生成模块用于基于开关控制模块的控制生成斜坡信号；输出模块用于接收斜坡生成模块生成的斜坡信号并输出。本实用新型可实现输出一种斜率可控，能够适应满足被补偿电路的不同占空比的斜坡信号，以提高被补偿电路的稳定性。同时，本实用新型还具有电路结构简单和易实现的优点。

Description

斜坡补偿电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种斜坡补偿电路。

背景技术

开关功率电路的电路拓扑分为电流模式控制和电压模式控制，电流模式控制因动态反应快、增益带宽大、输出电感小、易于均流等优点而被广泛应用。电流模式控制分为峰值电流模式控制和平均电流模式控制，采用峰值电流模式控制时，其峰值电感电流容易传感，在逻辑上与平均电感电流大小变化相一致。而平均电感电流才是唯一决定输出电压大小的因素，若要使电感的峰值电流与其平均电流一一对应，从而使输出电压恒定，则需要对峰值电流进行校正。然而，具有占空比超过50％的脉宽调制(PWM，Pulse WidthModulation)信号的系统中，由于其存在难以校正的峰值电流和平均电流的误差，从而需要在峰值电流控制的PWM模式中引入斜坡补偿信号来防止次谐波振荡。

以下结合图1来具体说明峰值电流模式控制的要求，如图1，图1是现有技术中一电路在峰值电流模式控制下且占空比大于50%时的电感电流波形图。

其中，Vc是误差放大器输出的控制电压，△I0是扰动电流，m1代表电感电流的上升斜率，m2代表电感电流的下降斜率（需要说明的是以下m2在计算时取的是绝对值）。可以看出峰值电流模式控制的缺点在于：当电路的占空比D大于50％时，其系统不稳定，主要表现在：扰动信号产生的误差被逐渐放大，这将导致系统失控，电源的抗干扰性能变差。由图1可知，经过一个周期，由电流误差△I0得出下一个电流误差△I1为：

△I1=△I0*m2/m1

同理，可以证明经过第n个周期后，△I0引起的电流误差△In为：

△I1=△I0*(m2/m1)^n（1′）

由（式1）可以得出如下结论：

当m2<m1，即D<50%时，电流误差△In将逐渐趋于0，故而系统稳定；

当m2>m1，即D>50%时，电流误差△In将逐渐放大，导致系统失控，抗干扰性能变差，不能稳定工作。

目前为了让系统在占空比大于50%时仍然稳定，采用的方法是在控制电压Vc上叠加斜坡补偿电压形成新的控制电压，输入到PWM比较器一端并与PWM比较器另一端的电流反馈电压比较。如图2，图2是图1中采用单斜坡补偿技术进行斜坡信号补偿后的电感电流波形图。

可以证明，经过一个周期，由△I0引起的电流误差△I1为：

△I1=△I0*(m2-m)/(m1+m)

经过n个周期后，由△I0引起的电流误差△In为：

△In=△I0*[(m2-m)/(m1+m)]^n（2′）

参照式（1′）的结论，由（式2）可以推导出在占空比D从0到1的范围内，使电流环稳定的条件为：(m2-m)/(m1+m)<1（3′）

又因为：D*m1=(1-D)*m2（4′）

结合式（3′）和式（4′）可得到在控制电压Vc上叠加斜坡补偿电压后保证系统稳定的条件是：m/m2>（2D-1)/2D，即m/m2>1-1/2D（5′），由此可知，若要使系统恒稳定，则需保证m/m2大于1-1/2D的最大值。

由式（1′）结论得知占空比D在1/2到1的范围内时，系统处于不稳定状态，且占空比D越大时，系统越不稳定，由此得出1-1/2D大于0且小于1/2，即当D取值1时，1-1/2D的值最大，则1-1/2D等于1/2。则若要使系统始终保持稳定，则需要使补偿斜率大于电感电流下降斜率的一半，即m>0.5*m2（6′）。

由于电感电流的上升斜率m1和电感电流的下降斜率m2是随着被补偿电路的占空比D的变化而变化的，由图2所示的控制电路中，可知：

其中Vin为控制电路（被补偿电路）的输入电压，l为控制电路的电感值；则控制电路的占空比

，则其电感电流下降斜率 $m_{l2}=\frac{V_o+V_d-V_{\mathrm{in}}}{l}=\frac{V_{\mathrm{in}}}{l}*\left(\frac{D}{1-D}\right)=\frac{{\mathrm{DV}}_o}{l},$ 则输出的电压斜率 $m_{d2}=m_{l2}{R}_{s}T=\frac{{\mathrm{DV}}_o}{l}{R}_{s}T$ （9′），即

其中Vo为控制电路（被补偿电路）的输出电压，Vd为控制电路（被补偿电路）中二极管的压降，Rs为电感电流采样电阻，T为外部控制电路的信号周期；由式（8′）及式（9′）可知，补偿信号的斜率m是受到Vin和Vo的影响，而Vin和Vo直接决定了环路的占空比D。由此，我们可以产生一个由占空比D决定斜率的斜坡信号，它就能满足不同输入输出条件下的斜坡补偿。

但是，传统电流模式的斜坡补偿都是采用单斜坡补偿技术，对于这种补偿技术，电路中只是加入了单个斜坡信号。由斜坡补偿的原理可知，如果斜坡信号补少了，则当占空比大于50％时仍存在开环不稳定性。但如果斜坡信号过大（即补的过多），电流模式控制将变为电压模式控制，电流模控制的优点将尽失。所以在补偿过程中，必须对所补偿的斜坡信号大小进行控制，以得到合适大小的斜坡。单斜坡补偿技术中的补偿信号为固定斜率，它不会随着占空比的变化而变化，因此，采用单斜坡补偿技术难以满足较大范围内的输入电压变化和输出负载变化。并且，采用单斜坡补偿技术实现的电路结构比较复杂，电路实现的成本较高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的为提供一种电路结构简单且易实现的斜坡补偿电路，旨在实现输出一种斜率可控，能够适应满足被补偿电路的不同占空比的斜坡信号，以提高被补偿电路的稳定性。

本实用新型提出一种斜坡补偿电路，该斜坡补偿电路包括开关控制模块，与所述开关控制模块连接的斜坡生成模块，及与所述斜坡生成模块连接的输出模块，其中：

所述开关控制模块的输入端，用于接收外部控制信号，所述开关控制模块的控制端与所述斜坡生成模块电连接，用于根据接收到的外部控制信号控制所述斜坡生成模块进行复位控制；

所述斜坡生成模块的控制端与所述开关控制模块的控制端电连接，用于基于所述开关控制模块的控制生成斜坡信号；

所述输出模块的输入端与所述斜坡生成模块的输出端电连接以接收所述斜坡信号，所述输出模块的输出端用于输出所述斜坡信号。

优选地，所述开关控制模块的输入端包括用于输入外部被补偿电路的时钟信号的第一输入端及用于输入外部复位电源信号的第二输入端；所述开关控制模块包括第一开关管及第一电容，所述第一开关管的源极、所述第一电容的一端及所述第二输入端两两互连，所述第一开关管的栅极与所述第一输入端电连接，所述第一开关管的漏极所述斜坡生成模块的控制端电连接，所述第一电容的另一端接地。

优选地，所述斜坡生成模块包括直流电压源、电流源、第二电容及第二开关管，所述电流源的输入端与所述直流电压源的输出端电连接，所述电流源的输出端、所述第二电容的一端、所述第一开关管的漏极及所述第二开关管的栅极两两互连，所述第二电容的另一端接地，所述第二开关管的源极接地，所述第二开关管的漏极与所述输出模块的输入端电连接。

优选地，所述第一开关管为MOS管及/或所述第二开关管为MOS管。

优选地，所述输出模块包括电流镜及第一电阻，所述电流镜的输入端、所述直流电压源的输出端及所述电流源的输出端两两互连，所述电流镜的第一输出端与所述第二开关管的漏极电连接，所述电流镜的第二输出端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述电流镜的第二输出端为所述输出模块的输出端。

优选地，所述电流镜包括第三开关管及第四开关管，所述第三开关管的源极、所述第四开关管的源极、所述直流电压源的输出端及所述电流源的输出端两两互连，所述第三开关管的栅极与所述第四开关管的栅极电连接，所述第三开关管的漏极分别与所述第二开关管的漏极、第三开关管的栅极电连接；所述第四开关管的漏极与所述第一电阻未接地的一端电连接，所述第四开关管的漏极与所述第一电阻的公共端为所述输出模块的输出端。

优选地，所述第三开关管为MOS管，所述第四开关管为MOS管。

本实用新型电路，通过开关控制模块接收外部控制信号，并根据接收到的外部控制信号控制所述斜坡生成模块进行复位控制，所述斜坡生成模块基于所述开关控制模块的控制生成斜坡信号，并由所述输出模块输出所述斜坡信号，从而实现该电路能够输出一种斜率可控，能够适应满足被补偿电路的不同占空比的斜坡信号，进而提高被补偿电路的稳定性，并且该斜坡补偿电路的电路结构比较简单，且易实现。

附图说明

图1是现有技术中一电路在峰值电流模式控制下且占空比大于50%时的电感电流波形图；

图2是图1中采用单斜坡补偿技术进行斜坡信号补偿后的电感电流波形图；

图3是本实用新型斜坡补偿电路较佳实施例的电路结构框图；

图4是本实用新型斜坡补偿电路较佳实施例的电路结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图3及图4所示，图3是本实用新型斜坡补偿电路较佳实施例的电路结构框图；图4是本实用新型斜坡补偿电路较佳实施例的电路结构示意图。

本实施例公开的斜坡补偿电路包括开关控制模块10，与所述开关控制模块10连接的斜坡生成模块20，及与所述斜坡生成模块20连接的输出模块30。

其中，开关控制模块10的输入端，用于接收外部控制信号，所述开关控制模块10的控制端与所述斜坡生成模块20电连接，用于根据接收到的外部控制信号对所述斜坡生成模块20进行复位控制。其中，外部控制信号可包括外部被补偿电路的时钟信号和外部复位电源信号，该开关控制模块10可根据接收到的外部控制时钟信号进行周期性导通与关断，并在导通时控制斜坡生成模块20放电而使其复位，通过周期性的导通与关断以实现控制斜坡生成模块20按照被补偿电路的信号周期输出斜坡信号补偿。其中控制斜坡生成模块20放电的实现方式为在开关控制模块10导通时，输入一个外部复位电源信号至斜坡生成模块20的控制端，以拉低斜坡生成模块20的电位，使斜坡生成模块20不输出斜坡信号。

上述斜坡生成模块20的控制端与所述开关控制模块10的控制端电连接，用于基于所述开关控制模块10的控制生成斜坡信号；由于开关控制模块10控制斜坡生成模块20进行周期性放电复位，因此，斜坡生成模块20输出的斜坡信号也是周期性的，可以实现在被补偿电路需要补偿斜坡信号时给予补偿，可以理解的是该斜坡生成模块20可包括电源及储能元件，储能元件与电源连接，在开关控制模块10未导通时进行储能，并输出斜坡信号。

上述输出模块30的输入端与所述斜坡生成模块20的输出端电连接以接收所述斜坡信号，所述输出模块30的输出端Vout用于输出所述斜坡信号。

本实施例中，由于开关控制模块10是根据被补偿电路的信号周期进行导通，因此，可以使得该斜坡补偿电路在被补偿电路需要补偿斜坡信号时才输出斜坡信号。当开关控制模块10未导通时，斜坡生成模块20进行储能并生成斜坡信号，该斜坡信号随着斜坡生成模块20的能量增加而加强，然后通过输出模块30将该斜坡信号进行输出，当开关控制模块10导通时，斜坡生成模块20放电复位，直到开关控制模块10关断后，斜坡生成模块20又重新储能并生成斜坡信号，这样根据被补偿电路的周期循环往复，实现对被补偿电路进行斜坡补偿，从而实现提高被补偿电路的稳定性的目的。

具体地，上述开关控制模块10的输入端包括用于输入所述外部被补偿电路的时钟信号的第一输入端IN1及用于输入所述外部复位电源信号的第二输入端IN2；上述开关控制模块10包括第一开关管M1及第一电容C1。其中，第一开关管M1的栅极输入低电平信号时导通，输入高电平信号关断。第一开关管M1在导通后将外部复位电源信号输入至斜坡生成模块20，实现斜坡生成模块20放电复位。该第一开关管M1可为三极管或者MOS管，可以理解的是，为了使得第一开关管M1的开关速度较快及且具有较高的抗干扰能力，本实施例中所述第一开关管M1为MOS管。

其中，第一开关管M1的源极、所述第一电容C1的一端及所述第二输入端IN2两两互连，所述第一开关管M1的栅极与所述第一输入端IN1电连接，所述第一开关管M1的漏极所述斜坡生成模块20的控制端电连接，所述第一电容C1的另一端接地。

上述斜坡生成模块20包括直流电压源VCC、电流源Ic、第二电容C2及第二开关管M2。其中第二开关管M2可为三极管或者是MOS管，优选地，所述第二开关管M2为P沟道的MOS管。

其中，所述电流源Ic的输入端与所述直流电压源VCC的输出端电连接，所述电流源Ic的输出端、所述第二电容C2的一端、所述第一开关管M1的漏极及所述第二开关管M2的栅极两两互连，所述第二电容C2的另一端接地，所述第二开关管M2的源极接地，所述第二开关管M2的漏极与所述输出模块30的输入端电连接。

上述输出模块30包括电流镜31及第一电阻R1。该电流镜31可以将斜坡生成模块20生成的斜坡信号（电流信号）复制输出。第一电阻R1用于将电流镜31复制过来的电流信号转化为电压信号。

其中，电流镜31的输入端、所述直流电压源VCC的输出端及所述电流源Ic的输出端两两互连，所述电流镜31的第一输出端与所述第二开关管M2的漏极电连接，所述电流镜31的第二输出端与所述第一电阻R1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端接地，所述电流镜31的第二输出端为所述输出模块30的输出端Vout。

上述电流镜31包括第三开关管M3及第四开关管M4。该第一开关管M1和第二开关管M2可都为三极管或者是MOS管，可以理解的是，为了方便电路设计，所述第三开关管M3为MOS管，所述第四开关管M4为MOS管。该第三开关管M3和第四开关管M4都为N沟道的MOS管。

其中，所述第三开关管M3的源极、所述第四开关管M4的源极、所述直流电压源VCC的输出端及所述电流源Ic的输出端两两互连，所述第三开关管M3的栅极与所述第四开关管M4的栅极电连接，所述第三开关管M3的漏极分别与所述第二开关管M2的漏极、第三开关管M3的栅极电连接；所述第四开关管M4的漏极与所述第一电阻R1未接地的一端电连接，所述第四开关管M4的漏极与所述第一电阻R1的公共端为所述输出模块30的输出端Vout。

本实用新型电路，通过开关控制模块10接收外部控制信号，并根据接收到的外部控制信号对所述斜坡生成模块20进行复位控制，斜坡生成模块20基于所述开关控制模块10的控制生成斜坡信号，并由所述输出模块30输出所述斜坡信号，从而实现该斜坡补偿电路能够输出一种斜率可控，能够适应满足被补偿电路的不同占空比的斜坡信号，进而提高被补偿电路的稳定性，并且该斜坡补偿电路的电路结构比较简单，且易实现。

为了更好的说明本实用新型电路的原理，以下结合图3及图4来来进行详细阐述。

参照图3及图4所示，图3是本实用新型斜坡补偿电路较佳实施例的电路结构框图；图4是本实用新型斜坡补偿电路较佳实施例的电路结构示意图。

该补偿电路中，第二电容C2的初始电压值为V_i，第二开关管M2的阀值电压为V_T，流过第二开关管M2的电流为Im2，其中设置V_i与V_T相等。

当第一开关管M1的栅极输入外部被补偿电路的时钟信号时，第一开关管M1根据外部被补偿电路的时钟信号来控制第二电容C2来进行放电，当第一开关管M1截止时，电流源Ic对第二电容C2进行充电，同时由于第二电容C2的初始电压V_i等于第二开关管M2的阀值电压V_T，此时，第二开关管M2导通，并形成经由第二开关管M2的漏极、源极，并到地的电流信号，该电流信号随着第二电容C2的电压增高而增大，由于第三开关管M3和第二开关管M2组成电流镜31，将该电流信号进行复制并经由第四开关管M4的漏极输出，其中第一电阻R1将该电流信号转换为电压信号。

具体地，如图4，第二电容C2两端的电压

其中Ic为电流源Ic输出的电流，C为第二电容C2的电容值，t为第二电容C2的充电时间，且第二电容C2两端的电压决定了第二开关管M2的电流值

（2），在式（1）中，取初始值V_i=V_T，从而可以得出

（3），结合式(3)可知该补偿电路输出的补偿信号的斜率

（4），该式（4）中T为外部被补偿电路的信号周期，D为外部被补偿电路的占空比，R_r为第一电阻R1的阻值。

由于补偿信号斜率随着占空比D的增加而增大，因此，只需保证被补偿电路的占空比最大时，满足补偿斜率

而

可参见背景技术式（9′），则 $2R_r\mathrm{\&beta;}\frac{{I_c}^2}{C^2}\mathrm{DT}>\frac{{\mathrm{DV}}_o}{2l}{R}_{s}T,$ 即 $\frac{I_c}{C}>\sqrt{\frac{V_o}{4l}*\frac{R_s}{R_r}*\frac{1}{\mathrm{\&beta;}}}\left(5\right).$

由式（5）可知，该斜坡补偿电路输出的斜坡信号的斜率是由电流源Ic和第二电容C2决定的，即该斜坡补偿电路应用在不同的电路中时，只需根据实际需要选择大小合适的电流源Ic和第二电容C2，以满足电流源Ic输出的电流大小与第二电容C2的电容值的商值

就可以保证被补偿电路在不同占空比的情况下，该斜坡补偿电路输出的斜坡信号能够满足S_c>0.5*m₂，因此能够提高被补偿电路的稳定性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种斜坡补偿电路，其特征在于，开关控制模块，与所述开关控制模块连接的斜坡生成模块，及与所述斜坡生成模块连接的输出模块，其中：

所述开关控制模块的输入端，用于接收外部控制信号，所述开关控制模块的控制端与所述斜坡生成模块电连接，用于根据接收到的外部控制信号对所述斜坡生成模块进行复位控制；

所述斜坡生成模块的控制端与所述开关控制模块的控制端电连接，用于基于所述开关控制模块的控制生成斜坡信号；

所述输出模块的输入端与所述斜坡生成模块的输出端电连接以接收所述斜坡信号，所述输出模块的输出端用于输出所述斜坡信号。

2.根据权利要求1所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述开关控制模块的输入端包括用于输入所述外部被补偿电路的时钟信号的第一输入端及用于输入所述外部复位电源信号的第二输入端；所述开关控制模块包括第一开关管及第一电容，所述第一开关管的源极、所述第一电容的一端及所述第二输入端两两互连，所述第一开关管的栅极与所述第一输入端电连接，所述第一开关管的漏极所述斜坡生成模块的控制端电连接，所述第一电容的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述斜坡生成模块包括直流电压源、电流源、第二电容及第二开关管，所述电流源的输入端与所述直流电压源的输出端电连接，所述电流源的输出端、所述第二电容的一端、所述第一开关管的漏极及所述第二开关管的栅极两两互连，所述第二电容的另一端接地，所述第二开关管的源极接地，所述第二开关管的漏极与所述输出模块的输入端电连接。

4.根据权利要求3所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述第一开关管为MOS管及/或所述第二开关管为MOS管。

5.根据权利要求1所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述输出模块包括电流镜及第一电阻，所述电流镜的输入端、所述直流电压源的输出端及所述电流源的输出端两两互连，所述电流镜的第一输出端与所述第二开关管的漏极电连接，所述电流镜的第二输出端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述电流镜的第二输出端为所述输出模块的输出端。

6.根据权利要求5所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述电流镜包括第三开关管及第四开关管，所述第三开关管的源极、所述第四开关管的源极、所述直流电压源的输出端及所述电流源的输出端两两互连，所述第三开关管的栅极与所述第四开关管的栅极电连接，所述第三开关管的漏极分别与所述第二开关管的漏极、第三开关管的栅极电连接；所述第四开关管的漏极与所述第一电阻未接地的一端电连接，所述第四开关管的漏极与所述第一电阻的公共端为所述输出模块的输出端。

7.根据权利要求6所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述第三开关管为MOS管，所述第四开关管为MOS管。

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