一种适用于降压变换器的自适应分段斜坡补偿电路制造技术

一种适用于降压变换器的自适应分段斜坡补偿电路，属于电子电路技术领域。通过第一开关信号clk1和第二开关信号clk2将占空比大小分为三个区间，并在三个区间内分别按照不同的斜坡斜率对降压变换器进行斜坡补偿，使斜坡补偿电路的力度既可以防止环路欠补偿后的次谐波震荡，也可以避免过补偿后使环路带载能力和响应速度变差，同时引入了降压变换器输入电压Vin的信息，从而使斜坡补偿可以自适应地随着输入电压的变化范围而调整，适用于宽输入范围的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于降压变换器的自适应分段斜坡补偿电路
本专利技术属于电子电路
，具体涉及到一种适用于降压buck变换器的在宽输入变化范围的自适应分段斜坡补偿电路。
技术介绍
峰值电流模的降压Buck变换器由于其简单的环路补偿，以及更高的线性调整率与负载调整率受到人们的青睐。图1是峰值电流模的架构图，输出电压和参考电压的误差信号经过误差放大器(EA)成为PWM比较器的负端输入，其与采样得到的电感电流进行比较，产生一定占空比的PWM波形以驱动开关管，实现对电感的充放电来稳定输出电压。但峰值电流模在占空比大于0.5时存在次谐波振荡的问题。如图2所示，假设在一个开关周期的开端，电感电流出现很小的扰动ΔI0，当占空比小于0.5时，电感电流的扰动量逐渐变小；当占空比大于0.5时，电感电流的扰动会越来越大，从而产生次谐波震荡。加入斜坡补偿电路可以解决次谐波震荡。如图3所示，具体是在采样电流和电压反馈比较前叠加斜坡信号，当采样的信息和斜坡电压叠加以后，触碰到EA输出的Vc限，PWM比较器发生翻转。斜坡补偿的斜率非常关键，斜率过小仍无法避免次谐波震荡，过大则更接近于电压模，失去了快速响应的特点。在宽输入范围的情况下，占空比变化范围较大。如果采用传统的固定斜坡补偿，那必须满足占空比最大的情况，才可以实现系统稳定，然而这通常导致在小占空比下过补偿，影响电流环路的响应速度和系统的带载能力。
技术实现思路
本专利技术提供一种适用于降压变换器的用于宽输入范围的自适应分段斜坡补偿电路，将系统应用的占空比整个区间分为三段，在小占空比时无需斜坡补偿，在中占空比补一个适当的斜率，使这一区间的补偿量刚好合适，在大占空比下再加大斜坡斜率，使环路的最差工作情况也不会出现震荡的稳定性问题，同时引入了输入电压的信息，使在输入变化很大的情况下，依然能保持环路稳定性和高带载能力。本专利技术的技术方案为：一种适用于降压变换器的自适应分段斜坡补偿电路，其特征在于，包括运算放大器A0、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R0、第四电阻Rsense、第一电容C1、第二电容C2、第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三NMOS管M5、第四NMOS管M6、第五NMOS管M7、第一PMOS管M3、第二PMOS管M4、第三PMOS管M8、第四PMOS管M9、第五PMOS管M10、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5和第六三极管Q6，运算放大器A0的正向输入端作为所述斜坡补偿电路的输入端连接所述降压变换器的分压信号，其负向输入端连接第三NMOS管M5的源极并通过第三电阻R0后接地，其输出端连接第三NMOS管M5的栅极；第一PMOS管M3的栅漏短接并连接第二PMOS管M4和第三PMOS管M8的栅极以及第三NMOS管M5的漏极；第一三极管Q1的集电极连接第二PMOS管M4的漏极和第三三极管Q3的基极，其基极连接第二三极管Q2的基极、第三三极管Q3发射极和第四NMOS管M6的漏极；第一开关信号clk1连接第一NMOS管M1和第四NMOS管M6的栅极，第一NMOS管M1的漏极连接第一三极管Q1的发射极并通过第一电容C1后接地；第一电阻R1接在第二三极管Q2的发射极和地之间；第四PMOS管M9的栅漏短接并连接第五PMOS管M10的栅极以及第二三极管Q2和第五三极管Q5的集电极，第五PMOS管M10漏极通过第四电阻Rsense后作为所述斜坡补偿电路的输出端输出斜坡补偿电压；第二开关信号clk2连接第二NMOS管M2和第五NMOS管M7的栅极，第二NMOS管M2的漏极连接第四三极管Q4的发射极并通过第二电容C2后接地，第二电容C2与第一电容C1相等；第五NMOS管M7的漏极接第四三极管Q4和第五三极管Q5的基极以及第六三极管Q6的发射极；第二电阻R2接在第五三极管Q5的发射极和地之间，第四三极管Q4的集电极连接第六三极管Q6的基极和第三PMOS管M8的漏极；第一PMOS管M3、第二PMOS管M4、第三PMOS管M8、第四PMOS管M9和第五PMOS管M10的源极以及第三三极管Q3和第六三极管Q6的集电极接电源电压，第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第四NMOS管M6和第五NMOS管M7的源极接地；第一三极管Q1和第二三极管Q2匹配，第四三极管Q4和第五三极管Q5匹配。具体的，所述第一开关信号clk1和第二开关信号clk2由所述降压变换器的时钟频率进行倍频处理得到。本专利技术的工作原理为：通过第一开关信号clk1和第二开关信号clk2将占空比大小分为三个区间：(0，D1)区间、(D1，D2)区间和(D2，D3)区间，具体做法为：第一开关信号clk1在占空比到达D1时跳变为低电平，第二开关信号clk2在占空比到达D2时跳变为低电平。在三个区间内分别按照不同的斜坡斜率进行斜坡补偿，在(0，D1)区间占空比远小于50％，无需斜坡补偿，斜坡斜率为0；在(D1，D2)区间，斜坡斜率为Se2＝k2·Ri·Vin/L；在(D2，D3)区间，斜坡斜率为Se3＝k3·Ri·Vin/L。本专利技术的有益效果为：本专利技术提出一种自适应分段线性斜坡补偿电路，适用于降压变换器，将占空比大小分成三个区间按不同的斜率进行补偿，同时解决了宽输入电压变化的斜坡难题，使斜坡大小自适应地随降压变换器输入电压的变化而变化，能在快速环路响应和高带载能力的同时保证系统的稳定性。附图说明图1为一种适用于buck电路的峰值电流模系统框架图。图2在占空比分别小于和大于50％的情况下，电流扰动对电路系统的影响示意图。图3为添加了固定斜坡补偿电路的采样信号与EA输出比较的工作波形图。图4为分段线性斜坡补偿电路的斜率设计原理图。图5为本专利技术提出的一种适用于降压变换器的宽输入范围的自适应分段斜坡补偿电路示意图。图6为本专利技术的分段斜坡补偿电路工作波形图。具体实施方式下面结合附图，详细描述本专利技术的技术方案：分段线性斜坡补偿是将占空比的整个区间分成几段，一般分为三段，各自采用不同的斜坡进行补偿。为保证其稳定性，一般区间划分留有一定的余量，且每个区间的斜率由最大占空比决定，显然分段斜坡补偿比固定斜坡补偿在有些占空比下的电流环响应速度要快。在Ridley模型中，采用了品质因数Q来描述环路稳定性，其中斜坡补偿电路的斜率就是Q值的组成部分，为了获得良好的稳定性和瞬态响应，使二分之一开关频率处的尖峰在可接受的范围内，Q值的大小一般取在0.5到1.3之间，如果小于0.5，系统会过补偿导致响应速度过慢；如果大于1.3，斜坡补偿属于欠补偿，会导致次谐波震荡，Q值的表达式为其中D为占空比，D′＝1-D，mc＝1+Se/Sn，Se代表的是斜坡补偿斜率，Sn是采样的电感电流上升斜率，其中VO为降压变换器的输出电压值VOUT，L为降压变换器电感的电感值，Ri为采样等效电阻，把Sn代入Q的表达式可得：如果Q值一定，式(3)等式右边就是随着占空比变化的线型函数。这里根据Q的最小值和最大值能够确定两条界限，一条是过补偿的临界线，另一条是欠补偿的临界线，这里可以分别取Q＝0.5和Q＝1.3，在临界线中间的区域即为理想补偿区域。具体分段示意图如图4所示，纵坐标是斜坡斜率和输入电压以及电感的一个表达式(即式(3)等式的左边部分)，横坐标是占空比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于降压变换器的自适应分段斜坡补偿电路，其特征在于，包括运算放大器(A0)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R0)、第四电阻(Rsense)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一NMOS管(M1)、第二NMOS管(M2)、第三NMOS管(M5)、第四NMOS管(M6)、第五NMOS管(M7)、第一PMOS管(M3)、第二PMOS管(M4)、第三PMOS管(M8)、第四PMOS管(M9)、第五PMOS管(M10)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第四三极管(Q4)、第五三极管(Q5)和第六三极管(Q6)，运算放大器(A0)的正向输入端作为所述斜坡补偿电路的输入端连接所述降压变换器的分压信号，其负向输入端连接第三NMOS管(M5)的源极并通过第三电阻(R0)后接地，其输出端连接第三NMOS管(M5)的栅极；第一PMOS管(M3)的栅漏短接并连接第二PMOS管(M4)和第三PMOS管(M8)的栅极以及第三NMOS管(M5)的漏极；第一三极管(Q1)的集电极连接第二PMOS管(M4)的漏极和第三三极管(Q3)的基极，其基极连接第二三极管(Q2)的基极、第三三极管(Q3)发射极和第四NMOS管(M6)的漏极；第一开关信号(clk1)连接第一NMOS管(M1)和第四NMOS管(M6)的栅极，第一NMOS管(M1)的漏极连接第一三极管(Q1)的发射极并通过第一电容(C1)后接地；第一电阻(R1)接在第二三极管(Q2)的发射极和地之间；第四PMOS管(M9)的栅漏短接并连接第五PMOS管(M10)的栅极以及第二三极管(Q2)和第五三极管(Q5)的集电极，第五PMOS管(M10)漏极通过第四电阻(Rsense)后作为所述斜坡补偿电路的输出端输出斜坡补偿电压；第二开关信号(clk2)连接第二NMOS管(M2)和第五NMOS管(M7)的栅极，第二NMOS管(M2)的漏极连接第四三极管(Q4)的发射极并通过第二电容(C2)后接地，第二电容(C2)与第一电容(C1)相等；第五NMOS管(M7)的漏极接第四三极管(Q4)和第五三极管(Q5)的基极以及第六三极管(Q6)的发射极；第二电阻(R2)接在第五三极管(Q5)的发射极和地之间，第四三极管(Q4)的集电极连接第六三极管(Q6)的基极和第三PMOS管(M8)的漏极；第一PMOS管(M3)、第二PMOS管(M4)、第三PMOS管(M8)、第四PMOS管(M9)和第五PMOS管(M10)的源极以及第三三极管(Q3)和第六三极管(Q6)的集电极接电源电压，第一NMOS管(M1)、第二NMOS管(M2)、第四NMOS管(M6)和第五NMOS管(M7)的源极接地；第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)匹配，第四三极管(Q4)和第五三极管(Q5)匹配。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于降压变换器的自适应分段斜坡补偿电路，其特征在于，包括运算放大器(A0)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R0)、第四电阻(Rsense)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一NMOS管(M1)、第二NMOS管(M2)、第三NMOS管(M5)、第四NMOS管(M6)、第五NMOS管(M7)、第一PMOS管(M3)、第二PMOS管(M4)、第三PMOS管(M8)、第四PMOS管(M9)、第五PMOS管(M10)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第四三极管(Q4)、第五三极管(Q5)和第六三极管(Q6)，运算放大器(A0)的正向输入端作为所述斜坡补偿电路的输入端连接所述降压变换器的分压信号，其负向输入端连接第三NMOS管(M5)的源极并通过第三电阻(R0)后接地，其输出端连接第三NMOS管(M5)的栅极；第一PMOS管(M3)的栅漏短接并连接第二PMOS管(M4)和第三PMOS管(M8)的栅极以及第三NMOS管(M5)的漏极；第一三极管(Q1)的集电极连接第二PMOS管(M4)的漏极和第三三极管(Q3)的基极，其基极连接第二三极管(Q2)的基极、第三三极管(Q3)发射极和第四NMOS管(M6)的漏极；第一开关信号(clk1)连接第一NMOS管(M1)和第四NMOS管(M6)的栅极，第一NMOS管(M1)的漏极连接第一三极管(Q1)的发射极并通过第一电容(C1)后接地；第一电阻(R1)接在第二三极...

【专利技术属性】
技术研发人员：明鑫，唐韵扬，高笛，赵佳祎，王卓，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51