一种补偿网络、开关电源电路及电路补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种补偿网络、开关电源电路及电路补偿 方法。
【背景技术】
[0002] 电源技术属于电力电子技术的范畴，是集电力变换、现代电子、自动控制等多学科 于一体的边缘交叉技术，现今已广泛应用到工业、能源、交通、信息、航空、国防、教育、文化 等领域。电源技术的发展实际上是围绕着提高效率、提高性能、小型轻量化、安全可靠、消除 电力公害、减少电磁干扰和电噪声的轨迹进行不懈研究，开关电源是整个电源技术中至关 重要的部分，其中的脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation)电源调整器的补偿网 络，是开关电源的重要研究课题。
[0003] 通常，开关电源电路由三个基本模块组成，如图1所示：包括功率开关调节器11、 低通滤波网络12和补偿网络13。其中功率开关调节器11用于产生方波信号，以此来控制 功率管的通断状态；低通滤波网络12,也就是LC网络，用于对输出电压电流进行滤波，会产 生LC双重极点；补偿网络13由电压采样电路、误差放大器、补偿电路元件组成。
[0004] 在电压模式的开关电源电路设计中，一般需要较高的低频增益，但是功率级的传 递函数低频增益很低，而且有一对LC共轭极点ω ^因此需要加入误差放大器获得较高的 低频增益，同时需要对误差放大器进行补偿，消除共轭极点的影响，使开关电源电路在得到 较大的带宽的同时能有很高的相位裕度。
[0005] 如图2所示的传统的补偿网络采用的是在误差放大器AMPO两端跨接电阻电容网 络，由电阻R6、R7和R8以及电容C5、C6及C7组成的补偿网络正好可以补偿原有开关电源 电路中产生的极点或者零点。这样得到的开关电源电路在开关电源工作频率f很低的时候 能得到很高的带宽和相位裕度，同时在开关电源工作频率f处增益很小，对开关噪声有很 好的抑制作用。但是当开关电源电路所需要的开关电源工作频率f很高时，由于误差放大 器本身的极点影响，已经不能保证开关电源电路的稳定性。另外，当在误差放大器的输入端 需要连接分压电阻的时候也会引入极点，这对补偿的影响很大。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术存在的问题，本发明实施例期望提供一种补偿网络、开关电源电 路及电路补偿方法，能够提高开关电源环路的低频增益，解决在高频电压模式下开关电源 环路的稳定性问题，保证在环路得到很高的带宽的同时有很好的相位裕度。
[0007] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0008] 本发明实施例提供了一种补偿网络，所述补偿网络包括：电阻电容网络、单位增益 放大器网络以及误差放大器网络；其中，
[0009] 所述电阻电容网络的输出端级联至单位增益放大器网络的输入端，所述单位增益 放大器网络的输出端级联至误差放大器网络的输入端；
[0010] 所述电阻电容网络，用于提供分压电阻，并产生相互抵消的一个零点和一个极 占.
[0011] 所述单位增益放大器网络，用于产生用于抵消低通滤波网络中一个极点的零点、 以及用于抑制高频噪声提高开关电源电路相位裕度的一个极点；
[0012] 所述误差放大器网络，用于产生用于提高低频增益的一个极点和用于抵消所述低 通滤波网络中另一个极点的零点。
[0013] 上述方案中，所述电阻电容网络，包括：第一电阻、第二电阻、第一电容以及第二电 容；其中，第一电阻串联于第一输入端和第一输出端之间，第二电容接在第一电阻两端，第 一电容接在第一输入端与地之间，第二电阻接在第一输出端与地之间。
[0014] 上述方案中，所述单位增益放大器网络，包括：第一放大器、第三电阻、第四电阻以 及第三电容；其中，第三电阻连接于第一放大器的反向输入端和输出端之间；第四电阻和 第三电容连接于第一放大器的反向输入端和地之间；第一放大器的正向输入端与电阻电容 网络的第一输出端相连。
[0015] 上述方案中，所述误差放大器网络，包括：第二放大器、第五电阻和第四电容；其 中，第五电阻和第四电容连接于所述第二放大器的输出端和地之间；第二放大器的正向输 入端与单位增益放大器网络中的输出端相连。
[0016] 上述方案中，所述第二电容为可变电容，所述第一电阻和第二电阻为可变电阻。
[0017] 上述方案中，所述第三电容为可变电容，所述第三电阻和第四电阻为可变电阻。
[0018] 上述方案中，所述第四电容为可变电容，所述第五电阻为可变电阻。
[0019] 上述方案中，所述第四电容的电容值远远大于第二放大器的等效电容值。
[0020] 本发明实施例提供了一种开关电源电路，所述开关电源电路包括上述补偿网络。
[0021] 本发明实施例提供了一种电路补偿方法，所述方法包括：电阻电容网络提供分压 电阻，并产生相互抵消的一个零点和一个极点；单位增益放大器产生用于抵消低通滤波网 络中一个极点的零点以及用于抑制高频噪声提高开关电源电路相位裕度的一个极点；误差 放大器网络产生用于提高低频增益的一个极点、以及用于抵消所述低通滤波网络中另一个 极点的零点。
[0022] 本发明实施例所提供的补偿网络，包括：电阻电容网络、单位增益放大器网络以及 误差放大器网络；其中，所述电阻电容网络的输出端级联至单位增益放大器网络的输入端， 所述单位增益放大器网络的输出端级联至误差放大器网络的输入端；所述电阻电容网络， 用于提供分压电阻，并产生相互抵消的一个零点和一个极点；所述单位增益放大器网络， 用于隔离分压电阻和误差放大器网络，将输入端的电压变化传递到误差放大器网络的输出 端，并产生用于抵消低通滤波网络中一个极点的零点以及用于抑制高频噪声提高开关电源 电路相位裕度的一个极点；所述误差放大器网络，用于将所述电压变化放大后输出，并产生 用于提高低频增益的一个极点、以及用于抵消所述低通滤波网络中另一个极点的零点。如 此，能够在系统所需要的开关电源工作频率f较高时，抑制误差放大器本身的极点对补偿 效果的影响；并且，当误差放大器输入端需要连接分压电阻时，抑制由分压电阻带来的极点 对补偿效果的影响；从而提高开关电源电路的低频增益，解决在高频电压模式开关电源电 路的稳定性问题，保证开关电源电路在得到很高的带宽的同时有很好的相位裕度。
【附图说明】
[0023] 图1为现有技术中开关电源电路的基本结构框图；
[0024] 图2为现有技术中补偿网络的基本结构图；
[0025] 图3为本发明至少一个实施例提供的补偿网络的结构示意图；
[0026] 图4为本发明至少一个实施例提供的补偿网络中电阻电容网络的基本结构示意 图；
[0027] 图5为本发明至少一个实施例提供的补偿网络中单位增益放大器网络的基本结 构示意图；
[0028] 图6为本发明至少一个实施例提供的补偿网络中误差放大器网络的基本结构示 意图。
【具体实施方式】
[0029] 本发明实施例中提供了一种补偿网络，包括：电阻电容网络、单位增益放大器网络 以及误差放大器网络，其中，所述电阻电容网络的输出端级联至单位增益放大器网络的输 入端，所述单位增益放大器网络的输出端级联至误差放大器网络的输入端；所述电阻电容 网络，用于提供分压电阻，并产生相互抵消的一个零点和一个极点；所述单位增益放大器网 络，用于产生用于抵消低通滤波网络中一个极点的零点、以及用于抑制高频噪声提高开关 电源电路相位裕度的一个极点；所述误差放大器网络，用于产生用于提高低频增益的一个 极点和用于抵消所述低通滤波网络中另一个极点的零点。
[0030] 下面通过附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0031] 本发明实施例提供了一种补偿网络，图3为所述补偿网络的基本结构示意图，如 图3所示，所述补偿网络采用三级补偿网络组成，这三级补偿网络分别为：电阻电容网络 31、单位增益放大器网络32以及误差放大器网络33 ;所述电阻电容网络31的输出端级联 至单位增益放大器网络32的输入端，所述单位增益放大器网络32的输出端级联至误差放 大器网络33的输入端；因此，开关电源的输出电压V in输入电阻电容网络31后，输出电压 V1，所述电压V1输入单位增益放大器网络32后，输出电压V2，所述电压V 2进入误差放大器 网络33后，产生输出电SVeaciut ;其中，所述电阻电容网络31，用于提供分压电阻，并产生相 互抵消的一个零点和一个极点；所述单位增益放大器网络32,用于隔离分压电阻和误差放 大器网络33,将输入端的电压变化传递到误差放大器网络33的输出端，并产生用于抵消低 通滤波网络中一个极点的零点以及用于抑制高频噪声提高开关电源电路相位裕度的一个 极点；所述误差放大器网络33,用于将所述电压变化放大后输出，并产生用于提高低频增 益的一个极点和用于抵消所述低通滤波网络中另一个极点的零点；实际应用中，所述误差 放大器网络33可以将所述变化放大后输出到PffM调制器，同时在更高的频率处降低增益， 从而达到抑制噪声的目的。
[0032] 图4为本发明实施例提供的补偿网络中的电阻电容网络的基本结构示意图，如图 4所示，所述电阻电容网络由第一电阻R1、第二电阻R2以及第二电容C2、第一电容Cl组成； Rl和R2为分压电阻；Rl串联于第一输入端A和第一输出端B之间，C2接在Rl的两端；Cl 接在第一输入端A和地之间，起到稳定输入的作用；R2接在第一输出端B与地之间；需要说 明的是，所述Rl和R2可以为可变电阻，所述Cl和C2可以为可变电容；假设，开关电源电路 的输出电压Vin经过采样或直接从电阻电容网络的第一输入端A输入，经过电阻电容网络后 从第一输出端B输出电压V1 ;贝U，Vin到V1的传递函数为：
[0034] 由上式可以得到一个零点ωζ1和一个极点ωρ1分别为：
[0036] 可见，电阻电容网络在为补偿网络提供了分压电阻的同时，引入了一个零点和一 个极点，这样，零极点相互对消，将不会给补偿网络带来影响，也就不会像现有技术中，在误 差放大器的输入端连接分压电阻时，引入一个极点，而对补偿网络的补偿效果产生影响