一种与温度无关的非线性斜坡补偿电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种与温度无关的非线性斜坡补偿电路，其组成包括线性电压产生电路、非线性电压产生电路、基准电流源以及基准电压源。线性电压产生电路在基准电流源的配合下，将功率管的开关控制信号转化为线性斜坡信号，输出至非线性电压产生电路。非线性电压产生电路在基准电压源的配合下，将线性斜坡信号转化为与温度无关的非线性斜坡补偿电压。本实用新型可以使斜坡的斜率随占空比的增加而增加，降低固定斜率斜坡补偿引起的低占空比时的过补偿的问题，提高补偿精度，且输出的补偿电压与温度无关，实现较好的温度稳定性，电路实现简单，工作稳定可靠。
【专利说明】一种与温度无关的非线性斜坡补偿电路
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及峰值电流模式控制芯片的斜坡补偿技术，尤其是一种非线性斜坡 补偿电路。
【背景技术】
[0002] 开关电源被广泛应用于便携式电子设备中，其控制方式可分为两种：电压模式和 电流模式。电流模式又可以分为峰值电流模式（PCM，PeakCurrentMode)和平均电流模式 (ACM，AverageCurrentMode)。峰值电流模式和平均电流模式又都可以分别工作在电感电 流连续模式（CCM，CurrentContinuousMode)和电感电流断续模式（DCM，Discontinuous CurrentMode)下。
[0003] 峰值电流模式是应用最广泛的一种控制模式，其主要优点有：一、可实现逐周期的 电流控制功能，具有快速的动态响应能力；二、整个反馈环路可以简化成一个一阶电路，因 此可以简化补偿电路；三、具有大的带宽，输出电感较小。但是，在电感电流连续模式下，在 占空比大于50%时，峰值电流模式存在固有的环路不稳定问题，会产生次谐波震荡问题。为 解决这一问题，需要对电流环路进行斜坡补偿，通常的做法是在电流采样信号上叠加一个 斜坡信号或是在误差放大器的输出电压上减去一个斜坡信号。传统的斜坡补偿采用固定斜 率补偿或分段线性补偿。采用固定斜率补偿方法时，通常为保证在最大占空比下仍有足够 的补偿量，会采用过补偿的方式，从而保证系统的稳定性。但是过补偿会降低系统的带载能 力，同时降低系统响应速度，影响系统的瞬态特性。分段线性补偿方法相比较固定斜率补偿 有所改进，但与理想补偿曲线仍有较大差距，且分段线性补偿需要产生多个不同斜率的信 号，电路实现复杂。此外，采用补偿方式还需要考虑与温度的相关性。若补偿电压与温度相 关，则会在高温或低温下产生过补偿或欠补偿问题。如补偿电压为正温度系数，在高温时会 加剧过补偿问题，而低温时又有可能补偿不足从而使系统不稳定；如补偿电压为负温度系 数，则可能在高温条件下补偿不足或是低温条件下加剧过补偿。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于克服上述不足之处，提供一种与温度无关的非线性斜坡补 偿电路，使斜坡的斜率随占空比的增加而增加，降低固定斜率斜坡补偿引起的低占空比时 的过补偿的问题，提高补偿精度，且输出的补偿电压与温度无关，实现较好的温度稳定性。
[0005] 本实用新型的技术方案如下：
[0006] 一种与温度无关的非线性斜坡补偿电路，包括线性电压产生电路、非线性电压产 生电路、基准电流源以及基准电压源；所述线性电压产生电路在基准电流源的配合下，将功 率管的开关控制信号转化为线性斜坡信号，输出至非线性电压产生电路；所述非线性电压 产生电路在基准电压源的配合下，将所述线性斜坡信号转化为与温度无关的非线性斜坡补 偿电压。
[0007] 其进一步的技术方案为：所述线性电压产生电路包括反相器、第一NMOS管以及电 容；所述反相器的输入端连接功率管的开关控制信号，输出端连接所述第一NMOS管的栅 极；所述第一NMOS管的源极接地，漏极与所述电容的一端以及基准电流源相连，并构成输 出端；所述电容的另一端接地。
[0008] 其进一步的技术方案为：所述非线性电压产生电路包括第一运算放大器和第二运 算放大器；第一运算放大器的同相输入端连接所述线性电压产生电路的输出端，第一运算 放大器的输出端连接第二NMOS管的栅极，第二NMOS管的源极连接第一电阻并与第一运算 放大器的反相输入端相连，第二NMOS管的漏极连接第一PMOS管的漏极，第一PMOS管的栅 极与漏极相连；第二运算放大器的同相输入端连接所述基准电压源，第二运算放大器的输 出端连接第三NMOS管的栅极，第三NMOS管的源极连接第二电阻并与第二运算放大器的反 相输入端相连，第三NMOS管的漏极连接第四PMOS管的漏极，第四PMOS管的栅极与漏极相 连；第二PMOS管、第三PMOS管、第七PMOS管与第一PMOS管构成电流镜；第五PMOS管、第六 PMOS管与第四PMOS管构成电流镜；第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管构成电流减法 器，第九PMOS管的漏极连接第三电阻，并构成输出端；第四NMOS管与第五NMOS管构成电流 镜，第四NMOS管与第二PMOS管的漏极相连，第五NMOS管的漏极与第一NPN晶体管的发射 极相连；第六NMOS管与第七NMOS管构成电流镜，第七NMOS管与第六PMOS管的漏极相连， 第六NMOS管的漏极与第三NPN晶体管的发射极相连；第三PMOS管的漏极与第二NPN晶体 管的集电极相连；第八PMOS管的漏极与第四NPN晶体管的集电极相连；第五PMOS管的漏极 与PNP晶体管的发射极相连；第一NPN晶体管和第三NPN晶体管的基极相连，第二NPN晶体 管的基极与第一NPN晶体管的发射极相连，第四NPN晶体管的基极与第三NPN晶体管的发 射极相连，PNP晶体管的基极与第二NPN晶体管的集电极相连。
[0009] 以及，其进一步的技术方案为：所述第二PMOS管与第三PMOS管的宽长比相等，且 为第一PMOS管的一半；所述第七PMOS管的宽长比为第二PMOS管的k倍。所述第五PMOS 管、第六PMOS管与第四PMOS管的宽长比相等。所述第四NMOS管与第五NMOS管的宽长比 相等。所述第六NMOS管与第七NMOS管的宽长比相等。
[0010] 本实用新型的有益技术效果是：
[0011] 本实用新型可以有效缓解过补偿的问题，提高DC-DC系统的带载能力与瞬态响应 速度，且本实用新型电路产生的补偿斜率与温度无关，具有良好的温度稳定性，电路实现简 单，工作稳定可靠。
[0012] 本实用新型的优点将在下面【具体实施方式】部分的描述中给出，部分将从下面的描 述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本实用新型的逻辑框图。
[0014] 图2是本实用新型的线性电压产生电路的一种实施例图。
[0015] 图3是本实用新型的非线性电压产生电路的一种实施例图。
[0016] 图4是本实用新型与现有补偿方法的补偿斜率比较图。
[0017] 图5是本实用新型与现有补偿方法的补偿电压比较图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做进一步说明。
[0019] 图1示出了本实用新型的逻辑框图。如图1所示，本实用新型包括：线性电压产生 电路、非线性电压产生电路、基准电压源IB以及基准电流源VR。线性电压产生电路、非线性 电压产生电路顺序连接。线性电压产生电路在基准电流源IB配合下，将功率管开关控制信 号DH转化成线性斜坡信号VC，并将该线性斜坡信号VC输出给非线性电压产生电路。非线 性产生电路在基准电压源VR配合下，产生非线性电压Vramp用于斜坡补偿。所产生的非线 性电压Vramp具有二次函数的特性，使斜坡补偿的斜率能够随占空比的变大比线性上升， 使实际补偿斜率更加贴近所要需要的补偿斜率，有效缓解过补偿问题。并且该非线性电压 Vramp具有与温度无关的特性。
[0020] 图2示出了线性电压产生电路的一种具体实施例。如图2所示，在此具体实施例 中，线性电压产生电路主要由反相器INVUNMOS管丽1、电容Cl构成。反相器INVl的输入 端信号为功率管的开关控制信号DH，反相器INVl的输出端与NMOS管丽1的栅极相连。NMOS 管丽1的源极接地，漏极与电容Cl的一端以及基准电流源IB相连，构成输出点VC。电容 Cl的另一端接地。
[0021] 在每一周期内，在功率管关断期间，即：nT+DT彡nT+t彡（n+l)T时间内（上式中， T表不一个周期的时间，η表不第η个周期，D表不占空比），功率管的开关控制信号DH为 低电平，反相器INVl的输出为高电平，NMOS管丽1导通，V。= 0 ;在功率管导通期间，即： nT<nT+t<nT+DT时间内，功率管的开关控制信号DH为高电平，通过基准电流源IB对电 容Cl充电，产生从0开始线性上升的斜坡电压，该电压为：
[0022]
【权利要求】
1. 一种与温度无关的非线性斜坡补偿电路，其特征在于，包括线性电压产生电路、非线 性电压产生电路、基准电流源以及基准电压源；所述线性电压产生电路在基准电流源的配 合下，将功率管的开关控制信号转化为线性斜坡信号，输出至非线性电压产生电路；所述非 线性电压产生电路在基准电压源的配合下，将所述线性斜坡信号转化为与温度无关的非线 性斜坡补偿电压。
2. 根据权利要求1所述与温度无关的非线性斜坡补偿电路，其特征在于，所述线性电 压产生电路包括反相器、第一 NMOS管以及电容；所述反相器的输入端连接功率管的开关控 制信号，输出端连接所述第一 NMOS管的栅极；所述第一 NMOS管的源极接地，漏极与所述电 容的一端以及基准电流源相连，并构成输出端；所述电容的另一端接地。
3. 根据权利要求1所述与温度无关的非线性斜坡补偿电路，其特征在于，所述非线性 电压产生电路包括第一运算放大器和第二运算放大器； 第一运算放大器的同相输入端连接所述线性电压产生电路的输出端，第一运算放大器 的输出端连接第二NMOS管的栅极，第二NMOS管的源极连接第一电阻并与第一运算放大器 的反相输入端相连，第二NMOS管的漏极连接第一 PM0S管的漏极，第一 PM0S管的栅极与漏 极相连； 第二运算放大器的同相输入端连接所述基准电压源，第二运算放大器的输出端连接第 三NMOS管的栅极，第三NMOS管的源极连接第二电阻并与第二运算放大器的反相输入端相 连，第三NMOS管的漏极连接第四PM0S管的漏极，第四PM0S管的栅极与漏极相连； 第二PM0S管、第三PM0S管、第七PM0S管与第一 PM0S管构成电流镜；第五PM0S管、第 六PM0S管与第四PM0S管构成电流镜；第七PM0S管、第八PM0S管、第九PM0S管构成电流减 法器，第九PM0S管的漏极连接第三电阻，并构成输出端； 第四NMOS管与第五NMOS管构成电流镜，第四NMOS管与第二PM0S管的漏极相连，第五 NMOS管的漏极与第一 NPN晶体管的发射极相连；第六NMOS管与第七NMOS管构成电流镜， 第七NMOS管与第六PM0S管的漏极相连，第六NMOS管的漏极与第三NPN晶体管的发射极相 连；第三PM0S管的漏极与第二NPN晶体管的集电极相连；第八PM0S管的漏极与第四NPN 晶体管的集电极相连；第五PM0S管的漏极与PNP晶体管的发射极相连；第一 NPN晶体管和 第三NPN晶体管的基极相连，第二NPN晶体管的基极与第一 NPN晶体管的发射极相连，第四 NPN晶体管的基极与第三NPN晶体管的发射极相连，PNP晶体管的基极与第二NPN晶体管的 集电极相连。
4. 根据权利要求3所述与温度无关的非线性斜坡补偿电路，其特征在于，所述第二 PM0S管与第三PM0S管的宽长比相等，且为第一 PM0S管的一半；所述第七PM0S管的宽长比 为第二PM0S管的k倍。
5. 根据权利要求3所述与温度无关的非线性斜坡补偿电路，其特征在于，所述第五 PM0S管、第六PM0S管与第四PM0S管的宽长比相等。
6. 根据权利要求3所述与温度无关的非线性斜坡补偿电路，其特征在于，所述第四 NMOS管与第五NMOS管的宽长比相等。
7. 根据权利要求3所述与温度无关的非线性斜坡补偿电路，其特征在于，所述第六 NMOS管与第七NMOS管的宽长比相等。
【文档编号】G05F1/567GK204256581SQ201420783473
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】范建林, 刘迎迎, 史训南, 朱波, 徐义强 申请人:无锡新硅微电子有限公司