一种基于cot控制模式的失调电压消除电路的制作方法

文档序号:10615498阅读:366来源:国知局
一种基于cot控制模式的失调电压消除电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于电子电路技术领域,涉及一种基于COT控制模式的失调电压消除电路。本发明采用了一种片内补偿技术,通过对SW的电位信息进行滤波处理得到包含直流信息与电感电流信息的锯齿波,利用电路获取其直流分量。然后利用减法电路做差提取其交流分量,即得到所需的与电感电流同向的纹波信息。然后再通过纹波迭加电路将其与反馈信号VFB相加,从而保证相位滞后的输出电容纹波弱于补偿后的纹波,保证实现系统的稳定工作;同时避免了不同应用下传统的片外纹波补偿电路的参数需重复设计,增大了电路的适用范围。
【专利说明】
-种基于COT控制模式的失调电压消除电路
技术领域
[0001] 本发明属于电子电路技术领域,设及一种基于COT控制模式的失调电压消除电路。
【背景技术】
[0002] 相对于传统电压模控制或者电流模控制方式来讲,基于输出纹波的控制系统具有 更加快速的瞬态响应特性W及控制环路简单等特点,尤其是基于恒定导通时间的纹波控制 方式在自适应恒频特性上的潜力而备受关注。
[0003] 然而,恒定导通控制模式中,反馈电压vra通过不断触发谷值限(参考电平化ef)来 触发Ton计时。反馈电压VFB的直流电平同参考电压化ef之间存在一定的失调电压A V,运个 失调量是由系统控制结构带来的系统失调。从而引起实际输出电压值与理想设定值间存在 偏差,降低了系统整体调整精确性。

【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的,就是针对目前COT控制系统所带来的稳定性及调整精确性的 问题,提供一种COT输出电压失调的动态消除电路。
[0005] 本发明的技术方案是:如图1所示,一种基于COT控制模式的失调电压消除电路,包 括上功率管、下功率管、电感L、电压采样电路、单次计时器、RS触发器、驱动模块、分压器、直 流分量模块、纹波采样电路、电容Css、第一逻辑运算模块、第二逻辑运算模块、第一比较器 和电流源;其中,驱动模块的输出端分别接上功率管的栅极和下功率管的栅极;上功率管的 漏极接电源,下功率管的源极接地,上功率管的源极和下功率管的漏极连接为BUCK变换器 的输出端,上功率管源极和下功率管漏极的连接点通过电感L后接电压采样电路;纹波采样 电路的输入端接BUCK变换器的输出端;直流分量模块的输入端通接纹波采样电路的输出 端;直流分量模块的输出端分别接分压器的输入端和第一逻辑运算模块的第一输入端,第 一逻辑运算模块的第二个输入端接纹波采样电路的输出端,第一逻辑运算模块的第=输入 端接失调电压;第一逻辑运算模块的输出端接第二逻辑运算模块的一个输入端,第二逻辑 运算模块的另一个输入端接电压采样电路的输出端;第二逻辑运算模块的输出端接第一比 较器的正输入端;第一比较器的负输入端分别接基准电压和电流源的输出;电流源的输出 还通过电容Css后接地;第一比较器的输出端接RS触发器的S输入端;分压器的输出端接单 次计时器的一个输入端,单次计时器的另一个输入端接RS触发器的输出端,单次计时器的 输出端接RS触发器的踐俞入端;RS触发器的输出端接驱动模块的输入端;
[0006] 所述纹波采样电路包括第一电阻Rl、第二电阻R2、第S电阻R3、第四电阻R4、第五 电阻R5、第六电阻R6、第屯电阻R7、第八电阻R8、第一电容CU第二电容C2、第=电容C3、第四 电容C4、运算放大器和跨导放大器;纹波采样电路的输入端依次通过第一电阻RU第二电阻 R2、第四电阻R4和第五电阻R5后接运算放大器的正向输入端;第一电阻Rl和第二电阻R2的 连接点通过第一电容Cl后接地;第二电阻R2和第四电阻R4的连接点通过第S电阻R3后接 地;第四电阻R4和第五电阻R5的连接点通过第二电容C2后接地;第五电阻R5和运算放大器 正向输入端的连接点通过第=电容C3后接地;运算放大器的负向输入端与运算放大器的输 出端互连,依次通过第六电阻R6和第屯电阻R7后接地;纹波采样电路的输入端依次通过第 一电阻Rl和第二电阻R2后接跨导放大器的一个输入端,跨导放大器的另一个输入端依次通 过第八电阻R8和第六电阻R6后接运算放大器的输出端,跨导放大器的输出端为纹波采样电 路的输出端。
[0007] 上述方案中,第一逻辑运算模块为加减运算器,具体为VDG+Va。与Vdg作差,再与失调 电压A V叠加,第二逻辑运算模块为加法器。
[0008] 本发明的有益效果为,克服传统恒定导通控制模式中,由于系统失调带来的调整 精确性的问题,提高了系统的输出电压调整精度。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明的系统环路架构图;
[0010] 图2为纹波采样电路等效架构图;
[0011] 图3为纹波采样波形示意图;
[001^ 图4为Vfb直流分量补偿波形示意图;
[0013] 图5为电容充电的零状态响应波形示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图,详细描述本发明的技术方案:
[0015] 本发明整个系统的控制环路等效架构框图可如图1所示,SW为系统的开关输出节 点,输出VOUT经电阻Rfl、Rf2的分压得到反馈电压VFB。本发明采用了一种片内补偿技术,通 过对SW的电位信息进行滤波处理得到包含直流信息与电感电流信息的银齿波,利用电路 获取其直流分量。然后利用减法电路做差提取其交流分量,即得到所需的与电感电流同向 的纹波信息。然后再通过纹波迭加电路将其与反馈信号VFB相加,从而保证相位滞后的输出 电容纹波弱于补偿后的纹波,保证实现系统的稳定工作;同时避免了不同应用下传统的片 外纹波补偿电路的参数需重复设计,增大了电路的适用范围。此外,失调电压A V补偿模块, 可W根据系统的工作状态,动态设定A V的大小,从而消除纹波补偿电路对输出稳定电压产 生的偏差,从而动态消除系统直流失调,提局系统调整精度。
[0016] 本发明的纹波产生电路原理图如图2所示,纹波采样电路首先通过RC_Filter将SW 信号一阶滤波分压,从而将开关结点SW处的方波信号转换成S角波信号,构建包含具有与 电感电流纹波同向的VSW_F 1,因此VSW_F 1中同时包含交流与直流分量。随后再利用两阶滤 波分压,滤除VSW_F1中的交流信息,获得与SW直流量成比例的信息,而SW的直流值即是系统 输出电压V0UT,贝阿W得到与Vout成比例且较为稳定的VSW_F3,通过单位增益负反馈连接 形式的运放opW及R8、C4构成的RC滤波器(用于滤除高频毛刺)得到VSW_DC。分压电阻R6、R7 的左右是用来产生失调电压A V,于是有:
[0017]
[001 引
[0019] 最后通过电压电流转换器对VSW_DC和VSW_F1做差,得到包含纹波信息的电流 IOUT,送至纹波叠加模块。可W计算得到:
[0020] IouT=Gm ?(VsW-FrVsW-DC)+Ib
[0021] 其中,电流IB用于后级叠加电路保证VFB和VRef上叠加相同的直流电平,代入VSW_ DC和VSW_F1可W得到:
[0022]
[0023]
[0024] 上式中AI用于vra直流电平补偿,W保证输出的精确性。由公式看出可W通过改 变V-I转换器的跨导Gm的大小来改变所产生的纹波电流大小。最终将得到的包含有电感电 流信息的纹波电流叠加至反馈信号¥!^上。其中,A 1用于¥!^直流电平补偿,^保证输出的 精确性。纹波采样电路的波形如图3所示。图2中由电阻Rl~R5、电容Cl~C3构成的=阶滤波 网络,由分析可得=个滤波频率点分别是
。通过选取合适 的参数即可得到斜率、幅度满足要求的=角波VSW_F1。
[0025] 图4(a)为VFB直流分量补偿波形示意图,反馈电压VFB的直流电平同参考电压化ef 之间存在一定的失调电压A V,该A V的大小与上补偿纹波大小相关,纹波越小,失调越 小,将该A V用A Vl表示。如图4(b)所示,如果在VFB上预先叠加一个失调电压A V,再用运个 叠加后的值送入HVM比较器同化ef做比较,那么实际VFB的直流电平会与化ef重合,相当于 系统失调A V被消除掉了,将该A V用A V2表示。图4(c)展示了未经过纹波补偿的实际¥!^的 波形,采用运种方法可W提高系统输出电压的错位精度。通过计算可W得到:
[0026]
[0027]
[0028] 因此,只要能够将A Vl与A V2设置得精确相等,就能完全消除系统的失调量A V。
[0029] 图5为电容充电的零状态响应波形示意图,通过该图的表达式:
[0030]
[0031] 可W推算
出图2中纹波采样电路一阶滤波点随时间的电压表达式:
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[00;3 引
[0039]
[0040] 对于确定的系统,上式中占空比D和系统频率fsw都是确定的,只要设置适当的时间 常数T,即电容、电阻的大小,就能使上式成立,精确消除系统的失调量A V。
[0041] 本发明的有益效果是提供一种失调消除的方法,来克服传统恒定导通控制模式 中,由于系统失调带来的系统稳定性等问题,提高了系统的输出电压错位精度。
【主权项】
1. 一种基于COT控制模式的失调电压消除电路,包括上功率管、下功率管、电感L、电压 采样电路、单次计时器、RS触发器、驱动模块、分压器、直流分量模块、纹波采样电路、电容 Css、第一逻辑运算模块、第二逻辑运算模块、第一比较器和电流源;其中,驱动模块的输出 端分别接上功率管的栅极和下功率管的栅极;上功率管的漏极接电源,下功率管的源极接 地,上功率管的源极和下功率管的漏极连接为BUCK变换器的输出端,上功率管源极和下功 率管漏极的连接点通过电感L后接电压采样电路;纹波采样电路的输入端接BUCK变换器的 输出端;直流分量模块的输入端通接纹波采样电路的输出端;直流分量模块的输出端分别 接分压器的输入端和第一逻辑运算模块的第一输入端,第一逻辑运算模块的第二个输入端 接纹波采样电路的输出端,第一逻辑运算模块的第三输入端接失调电压;第一逻辑运算模 块的输出端接第二逻辑运算模块的一个输入端,第二逻辑运算模块的另一个输入端接电压 采样电路的输出端;第二逻辑运算模块的输出端接第一比较器的正输入端;第一比较器的 负输入端分别接基准电压和电流源的输出;电流源的输出还通过电容Css后接地;第一比较 器的输出端接RS触发器的S输入端;分压器的输出端接单次计时器的一个输入端,单次计时 器的另一个输入端接RS触发器的输出端,单次计时器的输出端接RS触发器的R输入端;RS触 发器的输出端接驱动模块的输入端; 所述纹波采样电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻 R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容 C4、运算放大器和跨导放大器;纹波采样电路的输入端依次通过第一电阻R1、第二电阻R2、 第四电阻R4和第五电阻R5后接运算放大器的正向输入端;第一电阻R1和第二电阻R2的连接 点通过第一电容C1后接地;第二电阻R2和第四电阻R4的连接点通过第三电阻R3后接地;第 四电阻R4和第五电阻R5的连接点通过第二电容C2后接地;第五电阻R5和运算放大器正向输 入端的连接点通过第三电容C3后接地;运算放大器的负向输入端与运算放大器的输出端互 连,依次通过第六电阻R6和第七电阻R7后接地;纹波采样电路的输入端依次通过第一电阻 R1和第二电阻R2后接跨导放大器的一个输入端,跨导放大器的另一个输入端依次通过第八 电阻R8和第六电阻R6后接运算放大器的输出端,跨导放大器的输出端为纹波采样电路的输 出端。
【文档编号】H02M3/158GK105978337SQ201610455492
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】周泽坤, 徐俊, 冯捷斐, 李天生, 石跃, 王卓, 张波
【申请人】电子科技大学
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