专利名称：斜坡补偿电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一 种开关电源，更具体地说，涉及应用于开关电源中的斜坡补偿电路。
背景技术：
开关电源的主要电路一般由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。在DC-DC开关电源电流模式控制中，都有一个缺点，需要在比较器斜坡加一个小斜坡，称为斜坡补偿。斜坡补偿是为了防止电流模式控制的次谐波不稳定。次谐波不稳定通畅表现为交替出现的宽开关脉冲和窄开关脉冲，同时暂态相应能力剧烈下降。次谐波(DC-DC开关电源的电流模式下)不稳定的发生有两个条件要同时满足，一个是DC-DC开关电源的占空比必须接近或者大于50 %，另一个是变换器工作在CCM (连续模式)。在电流控制模式控制下，当电流达到一定大小时，开关关断。如果占空比超过50%，电感电流的上升时间就大于整个周期的50%，那么电流下降的时间就小于一个周期的50%。在较短的时间内，电流还没有来得及回到静态初始值，下一个周期接着又开始了。下一个周期的初始电流变大了，在接下来的一个周期里，电感电流很快就上升到参考点，是导通时间变短，占空比变窄，和上一个周期相比，这个周期的占空比减小到50%以下，但是这样就导致关断时间太长，下一个周期电流的初始值太小。这样，就又会导致接下来的一个周期的占空比再次超过50%。如此循环，电流以间隔一个周期过大和过小的方式出现振荡，即次谐波振荡频率是开关频率的1/2。当占空比升高时，就更需要斜坡补偿。通常在最小输入电压时来尽力排除次谐波不稳定的可能性。为了抑制DC-DC开关电源电流模式中的次谐波振荡问题，需要进行斜坡补偿。目前常用的是单一斜坡补偿和分段斜坡补偿。单一斜坡补偿是在整个占空比区间内用一个固定斜率进行补偿，这种方式存在小占空比时的过补偿问题。分段斜坡补偿是将整个占空比区间分为几段，每段占空比用一固定斜坡补偿，同样存在段内小占空比的过补偿问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种在整个占空比区间内补偿斜坡斜率连续变化的斜坡补偿方式，在很好的抑制次谐波振荡的同时可以有效解决其他斜坡补偿方式存在的过补偿问题。为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一种斜坡补偿电路，用于DC-DC开关电源中，该DC-DC开关电源包括一个功率管，该斜坡补偿电路包括电压生成电路，用于产生一个逐渐上升的电压；电压控制电路，与电压生成电路连接，用于根据一个时钟信号周期性地选通所述电压生成电路产生的电压，并周期性地释放该电压；电流输出电路，与电压控制电路连接，用于接受所述电压控制电路的输出电压并输出斜坡补偿电流，所述斜坡补偿电流波形呈锯齿形。作为本实用新型上述斜坡补偿电路的一种优选方案，电压生成电路包括一个电流源和一个电容，电流源用于对电容充电，以该电容的一个高电位端作为该电压生成电路的输出端。作为上述优选方案的第一实施方式，电压控制电路包括第二 NMOS场效应晶体管N12，其源极、漏极分别连接该电容的两端并作为该电压控制电路的两个输出端，其栅极接受该时钟信号，用于选通电压生成电路产生的电压信号。作为上述第一实施方式的进一步改进，电流输出电路包括第一 NMOS场效应晶体管NI I，其源极与第二 NMOS场效应晶体管N12的源极连接并接地，其栅极与该第二 NMOS场效应晶体管N12漏极连接，其漏极作为输出端输出斜坡补偿电流。作为上述优选方案的第二实施方式，电压控制电路包括第二 PMOS场效应晶体管P22，其源极、漏极分别连接该电容的两端并作为该电压控制电路的两个输出端，其栅极接受该时钟信号，用于选通电压生成电路产生的电压信号。作为上述第二实施方式的进一步改进，电流输出电路包括第一 PMOS场效应晶体管P21，其源极与第二 PMOS场效应晶体管P22的源极连接并连接至一个外接电压源，其栅极与该第二 PMOS场效应晶体管P22的漏极连接，其漏极作为输出端输出斜坡补偿电流。根据本实用新型上述斜坡补偿电路的一个方面，时钟信号由DC-DC开关电源的功率管的栅极获得的时钟信号连接一个反相器而产生。根据本实用新型上述斜坡补偿电路的一个方面，它还包括一个电流镜电路，其控制端连接电流输出电路的输出端，用于复制斜坡补偿电流。根据本实用新型上述斜坡补偿电路的一个方面，在电流镜电路控制端和电流输出电路的输出端之间还连接有一个开关。本实用新型提供的斜坡补偿电路输出一种斜坡补偿电流，与开关电源的电感电流采样电流叠加后，很好地抑制了次谐波振荡，同时有效避免了其他斜坡补偿方式存在的过补偿问题；使开关电源电路更加稳定。
图I为本实用新型的第一实施例的电路图；图2为本实用新型的第一实施例进一步改进后的电路图；图3为本实用新型的第二实施例的电路图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式
作进一步的详细说明。为了抑制DC-DC开关电源电流模式中的次谐波振荡问题，需要进行斜坡补偿。由Ridley模型可知，为了抑制电流模式中的次谐波振荡问题，须满足如下关系式
Γ ! Se、0.82m=\ + — >-
c Sn D'上式中，Se为补偿斜坡斜率，Mc为斜坡电流补偿系数；其中Sn为电感电流上升斜率,在boost架构中，<SW = y = V° D[0026]上式中，Vi是DC-DC开关电源的输入电压，Vo是DC-DC开关电源的输出电压；D ’ =1-D，其中D是时钟信号CLK的占空比，L为boost架构中的电感值。由上述各式推导可得出&>^·(Ζ)-0.18)最小补偿斜坡电流随一个周期内DC-DC开关电源功率管开启时间t而变化，其中t = D · Ts，Ts为DC-DC开关电源工作周期时间，最小补偿斜坡电流变化式为Islope = ^' (D ~ 0.18)2(I. I)图I示出根据本实用新型的第一实施例的一种在整个占 空比区间内补偿斜坡斜率连续变化的斜坡补偿电路，用于DC-DC开关电源中。具体地，该斜坡补偿电路包括4个部分电压生成电路，电压控制电路，斜坡补偿电路，电流镜电路。根据本领域的公知常识，DC-DC开关电源必然包含有一个功率管。需要说明的是，电流镜电路并非斜坡补偿电路的必要组成部分，其仅是为了复制电流以用于其他电路。在本实用新型的实施例中，引入电流镜电路也并非用以限制本实用新型的范围。电压生成电路用于产生一个逐渐上升的电压，优选地，电压生成电路可以是一个电流源I和一个电容C进行连接，对电容C进行充电的电路；次优选地，也可以是一个三角波发生电路，根据本领域的公知常识，三角波发生电路可具体由滞回比较器和积分电路构成，滞回比较器和积分电路的输出互为另一个电路的输入，滞回比较器输出为方波，经积分运算电路后变换为三角波。电压控制电路用于控制电压生成电路所产生的电压，使所述电压以预期的形式施加于后续电路中，即起到一个筛选电压的功能。电压控制电路包括一个时钟信号CLK和第
二NMOS场效应晶体管Ν12，CLK信号输入到第二 NMOS场效应晶体管Ν12的栅极。优选地，斜坡补偿电路还包括一个反相器，时钟信号CLK由DC-DC开关电源的功率管的栅极获得的时钟信号输入至该反相器而产生，CLK为高电平时选通电压生成电路所产生的电压，低电平时截止，其占空比为D，即脉冲电压为低电平的持续时间占脉冲周期的比例为D，0<D< 1，在本实用新型中，D在取值范围内可以连续变化。电流输出电路中，输入的是电压控制电路的输出电压，输出的是波形呈锯齿状的电流，此时的电流中消除了次谐波振荡，也不存在过补偿等问题。电流输出电路具体由第一NMOS场效应晶体管NI I构成。显然，第一 NMOS场效应晶体管Nll的栅源问电压为第二 NMOS场效应晶体管N12的漏源间电压，也等于电容C两端的电压。电流镜电路输入为上述电流输出电路输出的电流，输出电流可以作为其他电路的电流源，优选地，本电路可以是以电流镜的形式把电流放大到所需的倍数，以供给电路；电流镜电路可以由第三、第四PMOS场效应晶体管P11、P12构成；具体地，第三、第四PMOS场效应晶体管P11、P12栅极连接在一起并连接至该第三PMOS场效应晶体管Pll的漏极，它们的源极分别与外接电压源U连接，第三PMOS场效应晶体管Pll的漏极与电流输出电路输出端连接，第四PMOS场效应晶体管P12的漏极输出复制后的电流。外接电压源U可以为两个，第三、第四PMOS场效应晶体管Pll、P12的源极各自连接一个；外接电压源U也可以为一个，第三、第四PMOS场效应晶体管PU、P12的源极共同连接。其中第一 NMOS场效应晶体管Nll为长沟道NMOS场效应晶体管，工作在饱和区 ’第三、第四PMOS场效应晶体管Pll和P12构成I :1电流镜，复制第一 NMOS场效应晶体管Nll中的电流形成斜坡补偿电流Islopel，Islopel为第四PMOS场效应晶体管P12的源漏极之间的电流，由所述电流镜的比例关系可知，Islopel = In。其中In为第一 NMOS场效应晶体管Nll漏极流向源极的电流；1为电流源；(为电容。根据本实用新型的上述第一实施例，第二 NMOS场效应晶体管N12用作NMOS开关，其Gate端(栅极)施加有一个时钟信号CLK，该信号CLK与该DC-DC开关电源包含的功率管的栅极获得的时钟信号正好相反，使该电路能够逐周期工作。在时钟信号CLK为低电平时，例如0V，第一 NMOS场效应晶体管Nll的栅源问电压小于开启阈值电压VT，故第二 NMOS场效应晶体管N12处于截止状态，然后电流源I开始为所述电容C进行充电，电容C两端的电压开始升高，由于第一 NMOS场效应晶体管Nll的栅源之间的电压为电容C两端的电压，当栅源电压升高到刚刚等于开启电压VT的时候，例如O. 7V，第一 NMOS场效应晶体管NI I即进入导通状态；当所述时钟信号CLK为高电平时，例如5V，第二 NMOS场效应晶体管N12的栅源之间电压大于开启阈值电压Vt，第二 NMOS场效应晶体管N12立即处于饱和状态，漏源之间的电压几乎为零，所述电容C迅速放电，同时第一 NMOS场效应晶体管Nll也截止。
在一个工作周期内的有效时间内，第一 NMOS场效应晶体管NI I的电流(由漏极流
向源极)表示为
权利要求1.一种斜坡补偿电路，用于DC-DC开关电源中，该DC-DC开关电源包括一个功率管,所述斜坡补偿电路包括 电压生成电路，用于产生一个逐渐上升的电压； 电压控制电路，与所述电压生成电路连接，用于根据一个时钟信号周期性地选通所述电压生成电路产生的电压，并周期性地释放该电压； 电流输出电路，与所述电压控制电路连接，用于接受所述电压控制电路的输出电压并输出斜坡补偿电流，所述斜坡补偿电流波形呈锯齿形。
2.如权利要求I所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述电压生成电路包括一个电流源和一个电容，所述电流源用于对电容充电，以该电容的一个高电位端作为该电压生成电路的输出端。
3.如权利要求I所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述电压生成电路为三角波发生电路。
4.如权利要求2所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述电压控制电路包括第二NMOS场效应晶体管(N12)，其源极、漏极分别连接所述电容的两端并作为该电压控制电路的两个输出端，其栅极接受所述时钟信号，用于选通所述电压生成电路产生的电压信号。
5.如权利要求2所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述电压控制电路包括第二PMOS场效应晶体管(P22)，其源极、漏极分别连接所述电容的两端并作为该电压控制电路的两个输出端，其栅极接受所述时钟信号，用于选通所述电压生成电路产生的电压信号。
6.如权利要求4所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述电流输出电路包括第一NMOS场效应晶体管(Nll)，其源极与所述第二 NMOS场效应晶体管(N12)的源极连接并接地，其栅极与该第二NMOS场效应晶体管(N12)漏极连接，其漏极作为输出端输出所述斜坡补偿电流。
7.如权利要求5所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述电流输出电路包括第一PMOS场效应晶体管(P21)，其源极与所述第二 PMOS场效应晶体管(P22)的源极连接并连接至一个外接电压源，其栅极与该第二 PMOS场效应晶体管(P22)的漏极连接，其漏极作为输出端输出所述斜坡补偿电流。
8.如权利要求4至7中任一项所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述斜坡补偿电路还包括一个反相器，所述时钟信号由所述DC-DC开关电源的功率管的栅极获得的时钟信号输入至该反相器而产生。
9.如权利要求I至7中任一项所述的斜坡补偿电路，其特征在于，它还包括一个电流镜电路，其控制端连接所述电流输出电路的输出端，用于复制所述斜坡补偿电流。
10.如权利要求9所述的斜坡补偿电路，其特征在于，在所述电流镜电路控制端和所述电流输出电路的输出端之间还连接有一个开关。
11.如权利要求9所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述电流镜电路由第三、第四PMOS场效应晶体管(P11、P12)构成，该第三、第四PMOS场效应晶体管(P11、P12)的栅极连接在一起并连接至该第三PMOS场效应晶体管(Pll)的漏极，该第三、第四PMOS场效应晶体管(P11、P12)源极分别与外接电压源连接，该第三PMOS场效应晶体管(Pll)的漏极与所述电流输出电路输出端连接，该第四PMOS场效应晶体管(P12)的漏极输出复制后的电流。
12.如权利要求9所述的斜坡补偿电路，其特征在于，所述电流镜电路由第三、第四NMOS场效应晶体管(N21、N22)构成，该第三、第四NMOS场效应晶体管(N21、N22)的栅极连接在一起并连接至该第三NMOS场效应晶体管(N21)的漏极，该第三、第四NMOS场效应晶体管(N21、N22)源极均接地，该第三NMOS场效应晶体管(N21)的漏极与所述电流输出电路输 出端连接，该第四NMOS场效应晶体管(N22)的漏极输出复制后的电流。
专利摘要一种斜坡补偿电路，用于DC-DC开关电源中，该DC-DC开关电源包括一个功率管，该斜坡补偿电路包括电压生成电路，用于产生一个逐渐上升的电压；电压控制电路，与电压生成电路连接，用于根据一个时钟信号周期性地选通电压生成电路产生的电压，并周期性地释放该电压；电流输出电路，与电压控制电路连接，用于接受电压控制电路的输出电压并输出斜坡补偿电流，该斜坡补偿电流波形呈锯齿形。斜坡补偿电流与开关电源的电感电流采样电流叠加后，很好地抑制了次谐波振荡，同时有效避免了其他斜坡补偿方式存在的过补偿问题；使开关电源电路更加稳定。
文档编号H02M3/156GK202435271SQ20122002772
公开日2012年9月12日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者温作晓, 罗言刚 申请人:彩优微电子(昆山)有限公司