开关电源的ocp补偿电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种开关电源的OCP补偿电路，该电路包括：电流源；第一开关管；电容，其两端的电压记为分段线性电压；采样保持电路，在采样阶段对分段线性电压进行采样保持以得到采样保持电压；电压转电流电路，跟随采样保持电压并转换为第二电流；第一镜像电路，对第二电流进行镜像以产生第三电流；第二开关管；第二镜像电路，对第二电流进行镜像以产生补偿电流；第三开关管，在泄放阶段导通以将分段线性电压置零。本实用新型能够实现OCP补偿量的曲线化，可以使得OCP补偿量足够大。
【专利说明】开关电源的OCP补偿电路
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及开关电源技术，尤其涉及一种开关电源的0CP补偿电路。
【背景技术】
[0002] 开关电源中，0CP补偿是一种连续模式在不同输入电压情况下保证输出功率一致 性的技术方案。通常，检测点极限值都会在固定值的基础上叠加一个随占空比增大而增大 的增量，该增量值就是0CP补偿量。
[0003] 从系统输出功率一致性的需要来讲，随着占空比变大，需要的0CP补偿量也要大。 然而，在输入电压比较低的时候，会存在一个很严重的问题，如图1所示。在一般应用中，检 测点随占空比增大呈线性增长，那么当输入电压比较低的时候，检测点线性增长的斜率会 很小，至少比检测点极限值线的斜率要小，这样要达到检测点极限值线上的某个点，比如在 占空比为h时的检测点为％，理论上讲必须是通过需要的理想线才能到达目标。但是实际 上，由于需要的理想线在占空比小于〇 :时已经超过了检测点极限值线，这样会在占空比为0 的时候立刻响应检测点极限值线，因而达不到需要的理想线。由上，最终平衡的结果是只能 达到实际线，也就是在占空比为〇时，刚好没有碰到检测点极限值线，而之后就一直没有碰 到检测点极限值线，只能通过占空比最大值的限制将开关强制关断。
[0004] 因此，将0CP补偿量做大，又不影响检测点在有效占空比内的增长线，一直是连续 模式在不同输入电压情况下保证输出功率一致性的难题。
[0005] 现有技术中的0CP补偿量通常是采用随占空比变化的线性补偿方式或者分段线 性补偿方式，如图2A至图2D所示。其中，图2A是在有效占空比范围0?Dmx内的线性补 偿；图2B是在占空比较小的一段0?D1的补偿量为0,中间一段D1?D2线性补偿，最后 一段D2?DMX维持最大值不变；图2C是在占空比较小的一段0?D1线性补偿，后面一段 D1?DMX维持最大值不变；图2D是占空比较小的一段0?D1以较小的斜率线性补偿，后面 一段D1?DMX以更大的斜率线性补偿。
[0006] 图3示出了分段线性补偿方式的一种实现电路10,该电路10包括：
[0007] 第一电流源31，产生电流I:;
[0008] 第二电流源38,由第一PM0S管39控制开通，产生一个电流13，电流和受控制的 电流13对电容C充电产生分段线性电压信号22 ;
[0009] 第一PM0S管39,由第一输入数字信号28控制，对第二电流源38进行开通和断开 的控制；
[0010] 第一NM0S管32,由第二输入数字信号21控制，对分段线性电压信号22进行置零 和断开的控制；
[0011] PNP三极管37,由输入模拟信号27控制，对分段线性电压信号22进行最高点钳位 控制；
[0012] 第二NM0S管34,由运算放大器33的输出信号24控制，源端产生跟随分段线性电 压信号22的信号23,通过第二PM0S管35、第二NM0S管34和电阻R，信号23被转换为电流 12，电流12与分段线性电压信号22和电阻R相关；
[0013] 第三PM0S管36输出补偿电流I。，即反映0CP补偿量的电流，该补偿电流I。由电 流12镜像产生。
[0014] 其中，分段线性电压信号22为电容C两端的电压信号，电容C的一端连接电流源 31的输出端、第一PM0S管39的漏端、PNP三极管37的发射极、第一NM0S管32的漏端以及 运算放大器33的正端，电容C的另一端连接地。第一PM0S管39的源端连接电流源38的 一端，栅端接收第一输入数字信号28,电流源38的另一端连接电源VDD。PNP三极管37的 集电极接地GND，基极接收输入模拟信号27。第一NM0S管32的源端接地，栅端接收第二输 入数字信号21。运算放大器33的负端连接电阻R的一端和第二NM0S管34的源端，输出端 连接第二NM0S管34的栅端，电阻R的另一端连接地。第二NM0S管34的漏端25连接第二 PM0S管35的漏端。电流源31输出的电流为L，电流源38输出的电流为13，第二PM0S管 35的源漏电流为12。第二PM0S管35的漏端连接自身的栅端，并连接第三PM0S管36的栅 端，第二PM0S管35和第三PM0S管36的源端连接电源VDD，第二PM0S管36的漏端26作为 输出端，第三PM0S管36的源漏电流为I。。
[0015] 其中，第二输入数字信号21仅在有补偿的占空比范围内置0以断开对分段线性电 压信号22的控制，图2A、图2C、图2D中有补偿的占空比范围指的都是0?，而在图2B 中有补偿的占空比范围指的是Di?Dmx。第一输入数字信号28仅在有更大补偿斜率的占 空比范围内置0以使得电流源38对电容C充电，在图2A、图2B和图2C中都是置1，而在图 2D中置0的范围是Di?。输入模拟信号27控制PNP三极管37将分段线性电压信号22 钳位到最大0CP补偿量，图2A、图2D所示的0CP补偿方式不需要这样的钳位，而在图2B、图 2C均能体现出来。
[0016] 但是，上述0CP补偿方案都无法实现不影响检测点在有效占空比内的增长线的前 提下使得0CP补偿量能足够大。 实用新型内容
[0017] 本实用新型要解决的问题是提供一种开关电源的0CP补偿电路，能够实现0CP补 偿量的曲线化，可以使得0CP补偿量足够大。
[0018] 为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种开关电源的0CP补偿电路，该开关 电源的占空比D的范围为0?DMX，DMX为最大占空比，该开关电源的开关周期包括顺次相 接的充电阶段、采样阶段和泄放阶段，该0CP补偿电路包括：
[0019] 电流源，其输出端产生第一电流；
[0020] 第一开关管，其第一端连接所述电流源的输出端，其控制端接收第一输入信号；
[0021] 电容，其第一端连接所述第一开关管的第二端，其第二端接地，所述电容两端的电 压记为分段线性电压；
[0022] 采样保持电路，其输入端连接所述电容的第一端，在采样阶段对所述分段线性电 压进行采样保持以得到采样保持电压；
[0023] 电压转电流电路，与所述采样保持电路的输出端相连，跟随所述采样保持电压并 将跟随的采样保持电压转换为第二电流；
[0024] 第一镜像电路，对所述第二电流进行镜像以产生第三电流；
[0025] 第二开关管，其第一端连接所述第一镜像电路的输出端，其第二端连接所述电容 的第一端，其控制端接收第二输入信号；
[0026] 第二镜像电路，对所述第二电流进行镜像以产生补偿电流；
[0027] 第三开关管，其第一端连接所述电容的第一端，其第二端接地，其控制端接收第三 输入信号，所述第三开关管在所述泄放阶段导通以将所述分段线性电压置零。
[0028] 根据本实用新型的一个实施例，所述第一开关管仅在所述充电阶段且占空比 DE[0，DMX]时导通以使所述第一电流对所述电容充电，所述第二开关管仅在所述充电阶 段且占空比DG[DS，DMX]时导通以使所述第三电流对所述电容充电。
[0029] 根据本实用新型的一个实施例，所述采样保持电路包括：
[0030] 第四开关管，其第一端作为所述采样保持电路的输入端，其第二端作为所述采样 保持电路的输出端，其控制端接收第四输入信号，所述第四输入信号在所述采样阶段控制 所述第四开关管导通；
[0031] 采样电容，其第一端连接所述第四开关管的第二端，其第二端接地。
[0032] 根据本实用新型的一个实施例，所述电压转电流电路包括：
[0033] 运算放大器，其正输入端连接所述采样保持电路的输出端；
[0034] 第一PM0S晶体管，其源端连接电源，其漏端连接该第一PM0S晶体管的栅端，流经 所述第一PM0S晶体管的电流为所述第二电流；
[0035] 第五开关管，其控制端连接所述运算放大器的输出端，其第一端连接所述第一 PM0S晶体管的漏端，其第二端连接所述运算放大器的负输入端并且经由转换电阻接地。
[0036] 根据本实用新型的一个实施例，所述第一镜像电路包括：第二PM0S晶体管，其源 端连接电源，其漏端连接所述第二开关管的第一端，其栅端连接该第一PM0S晶体管的栅 端。
[0037] 根据本实用新型的一个实施例，所述第二镜像电路包括：第三PM0S晶体管，其源 端连接电源，其漏端输出所述补偿电流，其栅端连接该第一PM0S晶体管的栅端。
[0038] 根据本实用新型的一个实施例，所述0CP补偿电路还包括：电流转电压电路，将所 述补偿电流转换为补偿电压，所述补偿电压的电压值与所述补偿电流的电流值一一对应。
[0039] 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
[0040] 本实用新型实施例的0CP补偿电路提供的0CP补偿量可以是补偿电流或补偿电 压，该0CP补偿量在占空比为预设占空比Ds以下时的斜率为大于等于零的常数，该0CP补 偿量在预设占空比Ds以上随占空比的增大而增大，并且该0CP补偿量的斜率随占空比的增 大而增大，使得0CP补偿量与占空比之间形成分段曲线的关系，从而能产生足够大的0CP补 偿量。
【专利附图】
【附图说明】
[0041] 图1是现有技术中一种线性0CP补偿方法的检测点电压与占空比之间的关系曲 线.
[0042] 图2A是现有技术中一种线性0CP补偿方法的0CP补偿量与占空比之间的关系曲 线.
[0043] 图2B是现有技术中一种分段线性补偿方法的0CP补偿量与占空比之间的关系曲 线.
[0044] 图2C是现有技术中另一种分段线性补偿方法的0CP补偿量与占空比之间的关系 曲线；
[0045] 图2D是现有技术中再一种分段线性补偿方法的0CP补偿量与占空比之间的关系 曲线；
[0046] 图3是现有技术中一种分段线性补偿电路的电路示意图；
[0047] 图4是根据本实用新型实施例的0CP补偿方法的0CP补偿量与占空比之间的关系 曲线；
[0048] 图5是根据本实用新型实施例的0CP补偿电路的电路示意图。
【具体实施方式】
[0049] 下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用 新型的保护范围。
[0050] 参考图4,本实用新型实施例的0CP补偿方法中，0CP补偿量AP与占空比D之间 的关系曲线为"分段曲线"，而非现有技术中的"线性"或"分段线性"。
[0051] 进一步而言，该0CP补偿量AP可以是电流量或电压量，本申请中又称为"补偿电 流"或"补偿电压"。0CP补偿量AP在占空比为0至最大占空比之间有效。该0CP补 偿量AP在预设的占空比Ds的斜率为大于等于零的常数，例如，0CP补偿量AP在占空比Ds 以下可以呈线性增长也可以为0,其中该预设的占空比Ds可以是0.5或其他介于0?Dmx之 间的数值。该0CP补偿量AP在预设占空比Ds以上随占空比的增大而增大，而且0CP补偿 量AP的斜率也随占空比的增大而增大。上述斜率指的是0CP补偿量AP相对于占空比D 的斜率。
[0052] 需要说明的是，图4所示的关系曲线是0CP补偿量与占空比之间的关系曲线。在 开关电源工作过程中，每一个开关周期只能得到一个对应占空比的0CP补偿量，当前开关 周期的0CP补偿量的值是根据前一个开关周期的占空比得到的，而图4所示的关系曲线是 由每一个占空比及其对应的0CP补偿量的点组合而成。
[0053] 图5示出了该补偿方法的一种实现电路，也即0CP补偿电路100。该0CP补偿电路 包括：电流源301、第一开关管310、电容C、采样保持电路21、电压转电流电路20、第一镜像 电路、第二开关管308、第二镜像电路、第三开关管302。另外，开关电路的开关周期T划分 为依次相接的充电阶段、采样阶段和泄放阶段。
[0054] 其中，电流源301的输出端产生第一电流L。电流源301可以是现有技术中任何 适当的结构。
[0055] 第一开关管310的第一端连接电流源301的输出端，其控制端接收第一输入信号 212,第一开关管310在第一输入信号212的控制下开通或关断。作为一个非限制性的例子， 该第一开关管310可以是PM0S管，第一输入信号212可以是数字信号。
[0056] 电容C的第一端连接第一开关管310的第二端，其第二端接地GND，电容C两端的 电压记为分段线性电压202。在充电阶段且占空比De[0，DMX]时，第一开关管310导通， 第一电流L对电容C进行充电；在充电阶段且占空比DG[DS，DMX]时，第二开关管308导 通，第三电流13对电容C充电。在其他情况下，第一开关管310和第二开关管308都是关 断的。
[0057] 采样保持电路21的输入端连接电容C的第一端，在采样阶段对电容C上的分段线 性电压202进行采样保持，以得到采样保持电压210。
[0058] 作为一个非限制性的例子，该采样保持电路21可以包括：第四开关管309,其第一 端作为采样保持电路21的输入端并与电容C的第一端连接，其第二端作为采样保持电路21 的输出端，其控制端接收第四输入信号209,该第四输入信号209在采样阶段控制第四开关 管309导通；采样电容Cs，其第一端连接第四开关管309的第二端，其第二端接地GND。第 四开关管309导通时，分段线性电压202将被采样保持，从而在采样电容Cs两端得到采样 保持电压210。
[0059] 作为一个非限制性的例子，第四开关管309可以是NM0S管，第四输入信号209可 以是数字信号。
[0060] 电压转电流电路20与采样保持电路21的输出端连接，对采样保持电压210进行 跟随，并将跟随的采样保持电压转换为第二电流1 2。
[0061] 作为一个非限制性的例子，该电压转电流电路20可以包括：运算放大器303,其正 输入端连接采样保持电路21的输出端；第一PM0S晶体管305,其源端连接电源VDD，其漏端 连接该第一PM0S晶体管305自身的栅端，流经第一PM0S晶体管305的电流为第二电流12 ; 第五开关管304,其控制端连接运算放大器303的输出端，其第一端连接第一PM0S晶体管 305的漏端，其第二端连接运算放大器303的负输入端并且经由转换电阻R接地GND。作为 一个非限制性的例子，第五开关管304可以是NM0S管、
[0062] 第一镜像电路对第二电流12进行镜像，产生第三电流13。作为一个非限制性的例 子，第一镜像电路可以包括第二PM0S晶体管306,该第二PM0S晶体管306的源端连接电源VDD，其漏端连接第二开关管308的第一端，其栅端连接该第一PM0S晶体管305的栅端。
[0063] 第二开关管308的第一端连接第一镜像电路的输出端，其第二端连接电容C的第 一端，其控制端接收第二输入信号207。第一镜像电路产生的第三电流13在第二输入信号 207的控制下经由第二开关管308向电容C充电，进一步而言，第二开关管308仅在充电阶 段且占空比De[DS，DMX]时导通以使第三电流13对电容C充电。作为一个非限制性的例 子，第二开关管308可以是PM0S管，第二输入信号207可以是数字信号。
[0064] 第二镜像电路对第二电流12进行镜像后产生补偿电流L。作为一个非限制性的 例子，该第二镜像电路可以包括第三PM0S晶体管307,其源端连接电源VDD，其漏端输出补 偿电流1〇,其栅端连接该第一PM0S晶体管305的栅端。
[0065] 第三开关管302的第一端连接电容C的第一端，其第二端接地GND，其控制端接收 第三输入信号201，第三开关管302在泄放阶段导通以将分段线性电压202置零。
[0066] 作为一个非限制性的例子，该第三开关管302可以是NM0S管，该第三输入信号201 可以是数字信号。
[0067] 由上，在充电阶段，依据占空比的不同，第一电流L对电容C充电，或者第一电流 L和第三电流13共同对电容C充电；在采样阶段，对电容C的充电停止，采样保持电路21 对电容C上的分段线性电压202进行采样保持，得到采样保持电压210 ;而在泄放阶段，第 三开关管302导通使得分段线性电压202被置零；接下来进入下一个开关周期，继续上述过 程。由于补偿电流Ic)是由第二电流12镜像得到，而第二电流12是将采样保持电压210转 换为电流得到的，因此，当前开关周期的补偿电流1〇是根据上一个开关周期的分段线性电 压202得到的，也就是由上一个开关周期的占空比确定。
[0068] 作为一个可选的方案，该0CP补偿电路还可以包括电流转电压电路，将补偿电流I。 转换为相应的补偿电压，该补偿电压的电压值与补偿电流1〇的电流值一一对应。例如，该 电流转电压电路例如可以是电阻或多个电阻形成的电阻网络。
[0069] 下面对图5所示的0CP补偿电路做更详细的说明，假定开关电源在开关开通平衡 时的占空比为DP，其中DPe[0?DMX];开关周期记为T;在充电阶段的结束时刻得到的分 段线性电压202为V。(DP)。以第三开关管302为NM0S管为例，在泄放阶段，第三输入信号 201为逻辑1，第三开关管302开通，对分段线性电压202置零，第三开关管302在其他阶段 关断。在充电阶段，如果占空比落入〇?DP范围内，则第一开关管310开通，第一电流对 电容C充电；在充电阶段，第二输入信号207仅在占空比DP落入Ds?DMX范围内控制第二 开关管308导通，以第二开关管308为PM0S管为例，第二输入信号207为逻辑0时第二开关 管308开通，第三电流为13对电容C充电。当然，如果DP〈DS，则第二开关管308保持关断。 因此，分段线性电压202由第一电流L对电容C充电产生，或者由第一电流L和第三电流 13共同对电容C充电产生，有关系式如下：
[0070]
【权利要求】
1. 一种开关电源的OCP补偿电路，该开关电源的占空比D的范围为O?Dmax, Dmx为最 大占空比，其特征在于，该开关电源的开关周期包括顺次相接的充电阶段、采样阶段和泄放 阶段，该OCP补偿电路包括 ： 电流源，其输出端产生第一电流； 第一开关管，其第一端连接所述电流源的输出端，其控制端接收第一输入信号； 电容，其第一端连接所述第一开关管的第二端，其第二端接地，所述电容两端的电压记 为分段线性电压； 采样保持电路，其输入端连接所述电容的第一端，在采样阶段对所述分段线性电压进 行采样保持以得到采样保持电压； 电压转电流电路，与所述采样保持电路的输出端相连，跟随所述采样保持电压并将跟 随的采样保持电压转换为第二电流； 第一镜像电路，对所述第二电流进行镜像以产生第三电流； 第二开关管，其第一端连接所述第一镜像电路的输出端，其第二端连接所述电容的第 一端，其控制端接收第二输入信号； 第二镜像电路，对所述第二电流进行镜像以产生补偿电流； 第三开关管，其第一端连接所述电容的第一端，其第二端接地，其控制端接收第三输入 信号，所述第三开关管在所述泄放阶段导通以将所述分段线性电压置零。
2. 根据权利要求1所述的OCP补偿电路，其特征在于，所述采样保持电路包括： 第四开关管，其第一端作为所述采样保持电路的输入端，其第二端作为所述采样保持 电路的输出端，其控制端接收第四输入信号，所述第四输入信号在所述采样阶段控制所述 第四开关管导通； 采样电容，其第一端连接所述第四开关管的第二端，其第二端接地。
3. 根据权利要求1所述的OCP补偿电路，其特征在于，所述电压转电流电路包括： 运算放大器，其正输入端连接所述采样保持电路的输出端； 第一 PMOS晶体管，其源端连接电源，其漏端连接该第一 PMOS晶体管的栅端，流经所述 第一 PMOS晶体管的电流为所述第二电流； 第五开关管，其控制端连接所述运算放大器的输出端，其第一端连接所述第一 PMOS晶 体管的漏端，其第二端连接所述运算放大器的负输入端并且经由转换电阻接地。
4. 根据权利要求4所述的OCP补偿电路，其特征在于，所述第一镜像电路包括：第二 PMOS晶体管，其源端连接电源，其漏端连接所述第二开关管的第一端，其栅端连接该第一 PMOS晶体管的栅端。
5. 根据权利要求4所述的OCP补偿电路，其特征在于，所述第二镜像电路包括：第三 PMOS晶体管，其源端连接电源，其漏端输出所述补偿电流，其栅端连接该第一 PMOS晶体管 的栅端。
6. 根据权利要求1所述的OCP补偿电路，其特征在于，还包括：电流转电压电路，将所 述补偿电流转换为补偿电压，所述补偿电压的电压值与所述补偿电流的电流值一一对应。
【文档编号】H02M1/00GK204131371SQ201420495398
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】周伟江, 吴建兴 申请人:杭州士兰微电子股份有限公司