一種與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電路,其組成包括線性電壓產(chǎn)生電路、非線性電壓產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電流源以及基準(zhǔn)電壓源。線性電壓產(chǎn)生電路在基準(zhǔn)電流源的配合下,將功率管的開關(guān)控制信號轉(zhuǎn)化為線性斜坡信號,輸出至非線性電壓產(chǎn)生電路。非線性電壓產(chǎn)生電路在基準(zhǔn)電壓源的配合下,將線性斜坡信號轉(zhuǎn)化為與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電壓。本發(fā)明可以使斜坡的斜率隨占空比的增加而增加,降低固定斜率斜坡補(bǔ)償引起的低占空比時的過補(bǔ)償?shù)膯栴},提高補(bǔ)償精度,且輸出的補(bǔ)償電壓與溫度無關(guān),實現(xiàn)較好的溫度穩(wěn)定性,電路實現(xiàn)簡單,工作穩(wěn)定可靠。
【專利說明】一種與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及峰值電流模式控制芯片的斜坡補(bǔ)償技術(shù),尤其是一種非線性斜坡補(bǔ)償 電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備中,其控制方式可分為兩種:電壓模式和 電流模式。電流模式又可以分為峰值電流模式(PCM,Peak Current Mode)和平均電流模式 (ACM,Average Current Mode)。峰值電流模式和平均電流模式又都可以分別工作在電感電 流連續(xù)模式(CCM,Current Continuous Mode)和電感電流斷續(xù)模式(DCM,Discontinuous Current Mode)下。
[0003] 峰值電流模式是應(yīng)用最廣泛的一種控制模式,其主要優(yōu)點有:一、可實現(xiàn)逐周期的 電流控制功能,具有快速的動態(tài)響應(yīng)能力;二、整個反饋環(huán)路可以簡化成一個一階電路,因 此可以簡化補(bǔ)償電路;三、具有大的帶寬,輸出電感較小。但是,在電感電流連續(xù)模式下,在 占空比大于50%時,峰值電流模式存在固有的環(huán)路不穩(wěn)定問題,會產(chǎn)生次諧波震蕩問題。為 解決這一問題,需要對電流環(huán)路進(jìn)行斜坡補(bǔ)償,通常的做法是在電流采樣信號上疊加一個 斜坡信號或是在誤差放大器的輸出電壓上減去一個斜坡信號。傳統(tǒng)的斜坡補(bǔ)償采用固定斜 率補(bǔ)償或分段線性補(bǔ)償。采用固定斜率補(bǔ)償方法時,通常為保證在最大占空比下仍有足夠 的補(bǔ)償量,會采用過補(bǔ)償?shù)姆绞?,從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是過補(bǔ)償會降低系統(tǒng)的帶載能 力,同時降低系統(tǒng)響應(yīng)速度,影響系統(tǒng)的瞬態(tài)特性。分段線性補(bǔ)償方法相比較固定斜率補(bǔ)償 有所改進(jìn),但與理想補(bǔ)償曲線仍有較大差距,且分段線性補(bǔ)償需要產(chǎn)生多個不同斜率的信 號,電路實現(xiàn)復(fù)雜。此外,采用補(bǔ)償方式還需要考慮與溫度的相關(guān)性。若補(bǔ)償電壓與溫度相 關(guān),則會在高溫或低溫下產(chǎn)生過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償問題。如補(bǔ)償電壓為正溫度系數(shù),在高溫時會 加劇過補(bǔ)償問題,而低溫時又有可能補(bǔ)償不足從而使系統(tǒng)不穩(wěn)定;如補(bǔ)償電壓為負(fù)溫度系 數(shù),則可能在高溫條件下補(bǔ)償不足或是低溫條件下加劇過補(bǔ)償。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處,提供一種與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電 路,使斜坡的斜率隨占空比的增加而增加,降低固定斜率斜坡補(bǔ)償引起的低占空比時的過 補(bǔ)償?shù)膯栴},提高補(bǔ)償精度,且輸出的補(bǔ)償電壓與溫度無關(guān),實現(xiàn)較好的溫度穩(wěn)定性。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006] -種與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電路,包括線性電壓產(chǎn)生電路、非線性電壓產(chǎn) 生電路、基準(zhǔn)電流源以及基準(zhǔn)電壓源;所述線性電壓產(chǎn)生電路在基準(zhǔn)電流源的配合下,將功 率管的開關(guān)控制信號轉(zhuǎn)化為線性斜坡信號,輸出至非線性電壓產(chǎn)生電路;所述非線性電壓 產(chǎn)生電路在基準(zhǔn)電壓源的配合下,將所述線性斜坡信號轉(zhuǎn)化為與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ) 償電壓。
[0007] 其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述線性電壓產(chǎn)生電路包括反相器、第一 NMOS管以及電 容;所述反相器的輸入端連接功率管的開關(guān)控制信號,輸出端連接所述第一 NMOS管的柵 極;所述第一 NMOS管的源極接地,漏極與所述電容的一端以及基準(zhǔn)電流源相連,并構(gòu)成輸 出端;所述電容的另一端接地。
[0008] 其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述非線性電壓產(chǎn)生電路包括第一運算放大器和第二運 算放大器;第一運算放大器的同相輸入端連接所述線性電壓產(chǎn)生電路的輸出端,第一運算 放大器的輸出端連接第二NMOS管的柵極,第二NMOS管的源極連接第一電阻并與第一運算 放大器的反相輸入端相連,第二NMOS管的漏極連接第一 PMOS管的漏極,第一 PMOS管的柵 極與漏極相連;第二運算放大器的同相輸入端連接所述基準(zhǔn)電壓源,第二運算放大器的輸 出端連接第三NMOS管的柵極,第三NMOS管的源極連接第二電阻并與第二運算放大器的反 相輸入端相連,第三NMOS管的漏極連接第四PMOS管的漏極,第四PMOS管的柵極與漏極相 連;第二PMOS管、第三PMOS管、第七PMOS管與第一 PMOS管構(gòu)成電流鏡;第五PMOS管、第六 PMOS管與第四PMOS管構(gòu)成電流鏡;第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管構(gòu)成電流減法 器,第九PMOS管的漏極連接第三電阻,并構(gòu)成輸出端;第四NMOS管與第五NMOS管構(gòu)成電流 鏡,第四NMOS管與第二PMOS管的漏極相連,第五NMOS管的漏極與第一 NPN晶體管的發(fā)射 極相連;第六NMOS管與第七NMOS管構(gòu)成電流鏡,第七NMOS管與第六PMOS管的漏極相連, 第六NMOS管的漏極與第三NPN晶體管的發(fā)射極相連;第三PMOS管的漏極與第二NPN晶體 管的集電極相連;第八PMOS管的漏極與第四NPN晶體管的集電極相連;第五PMOS管的漏極 與PNP晶體管的發(fā)射極相連;第一 NPN晶體管和第三NPN晶體管的基極相連,第二NPN晶體 管的基極與第一 NPN晶體管的發(fā)射極相連,第四NPN晶體管的基極與第三NPN晶體管的發(fā) 射極相連,PNP晶體管的基極與第二NPN晶體管的集電極相連。
[0009] 以及,其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述第二PMOS管與第三PMOS管的寬長比相等,且 為第一 PMOS管的一半;所述第七PMOS管的寬長比為第二PMOS管的k倍。所述第五PMOS 管、第六PMOS管與第四PMOS管的寬長比相等。所述第四NMOS管與第五NMOS管的寬長比 相等。所述第六NMOS管與第七NMOS管的寬長比相等。
[0010] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:
[0011] 本發(fā)明可以有效緩解過補(bǔ)償?shù)膯栴},提高DC-DC系統(tǒng)的帶載能力與瞬態(tài)響應(yīng)速 度,且本發(fā)明電路產(chǎn)生的補(bǔ)償斜率與溫度無關(guān),具有良好的溫度穩(wěn)定性,電路實現(xiàn)簡單,工 作穩(wěn)定可靠。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點將在下面【具體實施方式】部分的描述中給出,部分將從下面的描述中 變得明顯,或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的邏輯框圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明的線性電壓產(chǎn)生電路的一種實施例圖。
[0015] 圖3是本發(fā)明的非線性電壓產(chǎn)生電路的一種實施例圖。
[0016] 圖4是本發(fā)明與現(xiàn)有補(bǔ)償方法的補(bǔ)償斜率比較圖。
[0017] 圖5是本發(fā)明與現(xiàn)有補(bǔ)償方法的補(bǔ)償電壓比較圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進(jìn)一步說明。
[0019] 圖1示出了本發(fā)明的邏輯框圖。如圖1所示,本發(fā)明包括:線性電壓產(chǎn)生電路、非 線性電壓產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電壓源IB以及基準(zhǔn)電流源VR。線性電壓產(chǎn)生電路、非線性電壓產(chǎn) 生電路順序連接。線性電壓產(chǎn)生電路在基準(zhǔn)電流源IB配合下,將功率管開關(guān)控制信號DH 轉(zhuǎn)化成線性斜坡信號VC,并將該線性斜坡信號VC輸出給非線性電壓產(chǎn)生電路。非線性產(chǎn)生 電路在基準(zhǔn)電壓源VR配合下,產(chǎn)生非線性電壓Vramp用于斜坡補(bǔ)償。所產(chǎn)生的非線性電壓 Vramp具有二次函數(shù)的特性,使斜坡補(bǔ)償?shù)男甭誓軌螂S占空比的變大比線性上升,使實際補(bǔ) 償斜率更加貼近所要需要的補(bǔ)償斜率,有效緩解過補(bǔ)償問題。并且該非線性電壓Vramp具 有與溫度無關(guān)的特性。
[0020] 圖2示出了線性電壓產(chǎn)生電路的一種具體實施例。如圖2所示,在此具體實施例 中,線性電壓產(chǎn)生電路主要由反相器INVl、NM0S管麗1、電容Cl構(gòu)成。反相器INVl的輸入 端信號為功率管的開關(guān)控制信號DH,反相器INVl的輸出端與NMOS管麗1的柵極相連。NMOS 管麗1的源極接地,漏極與電容Cl的一端以及基準(zhǔn)電流源IB相連,構(gòu)成輸出點VC。電容 Cl的另一端接地。
[0021] 在每一周期內(nèi),在功率管關(guān)斷期間,S卩:nT+DT彡nT+t彡(n+l)T時間內(nèi)(上式中, T表示一個周期的時間,η表示第η個周期,D表示占空比),功率管的開關(guān)控制信號DH為 低電平,反相器INVl的輸出為高電平,NMOS管麗1導(dǎo)通,V。= 0 ;在功率管導(dǎo)通期間,即: ηΤ彡nT+t彡nT+DT時間內(nèi),功率管的開關(guān)控制信號DH為高電平,通過基準(zhǔn)電流源IB對電 容Cl充電,產(chǎn)生從0開始線性上升的斜坡電壓,該電壓為:
【權(quán)利要求】
1. 一種與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電路,其特征在于,包括線性電壓產(chǎn)生電路、非線 性電壓產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電流源以及基準(zhǔn)電壓源;所述線性電壓產(chǎn)生電路在基準(zhǔn)電流源的配 合下,將功率管的開關(guān)控制信號轉(zhuǎn)化為線性斜坡信號,輸出至非線性電壓產(chǎn)生電路;所述非 線性電壓產(chǎn)生電路在基準(zhǔn)電壓源的配合下,將所述線性斜坡信號轉(zhuǎn)化為與溫度無關(guān)的非線 性斜坡補(bǔ)償電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電路,其特征在于,所述線性電 壓產(chǎn)生電路包括反相器、第一 NMOS管以及電容;所述反相器的輸入端連接功率管的開關(guān)控 制信號,輸出端連接所述第一 NMOS管的柵極;所述第一 NMOS管的源極接地,漏極與所述電 容的一端以及基準(zhǔn)電流源相連,并構(gòu)成輸出端;所述電容的另一端接地。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電路,其特征在于,所述非線性 電壓產(chǎn)生電路包括第一運算放大器和第二運算放大器; 第一運算放大器的同相輸入端連接所述線性電壓產(chǎn)生電路的輸出端,第一運算放大器 的輸出端連接第二NMOS管的柵極,第二NMOS管的源極連接第一電阻并與第一運算放大器 的反相輸入端相連,第二NMOS管的漏極連接第一 PM0S管的漏極,第一 PM0S管的柵極與漏 極相連; 第二運算放大器的同相輸入端連接所述基準(zhǔn)電壓源,第二運算放大器的輸出端連接第 三NMOS管的柵極,第三NMOS管的源極連接第二電阻并與第二運算放大器的反相輸入端相 連,第三NMOS管的漏極連接第四PM0S管的漏極,第四PM0S管的柵極與漏極相連; 第二PM0S管、第三PM0S管、第七PM0S管與第一 PM0S管構(gòu)成電流鏡;第五PM0S管、第 六PM0S管與第四PM0S管構(gòu)成電流鏡;第七PM0S管、第八PM0S管、第九PM0S管構(gòu)成電流減 法器,第九PM0S管的漏極連接第三電阻,并構(gòu)成輸出端; 第四NMOS管與第五NMOS管構(gòu)成電流鏡,第四NMOS管與第二PM0S管的漏極相連,第五 NMOS管的漏極與第一 NPN晶體管的發(fā)射極相連;第六NMOS管與第七NMOS管構(gòu)成電流鏡, 第七NMOS管與第六PM0S管的漏極相連,第六NMOS管的漏極與第三NPN晶體管的發(fā)射極相 連;第三PM0S管的漏極與第二NPN晶體管的集電極相連;第八PM0S管的漏極與第四NPN 晶體管的集電極相連;第五PM0S管的漏極與PNP晶體管的發(fā)射極相連;第一 NPN晶體管和 第三NPN晶體管的基極相連,第二NPN晶體管的基極與第一 NPN晶體管的發(fā)射極相連,第四 NPN晶體管的基極與第三NPN晶體管的發(fā)射極相連,PNP晶體管的基極與第二NPN晶體管的 集電極相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電路,其特征在于,所述第二 PM0S管與第三PM0S管的寬長比相等,且為第一 PM0S管的一半;所述第七PM0S管的寬長比 為第二PM0S管的k倍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電路,其特征在于,所述第五 PM0S管、第六PM0S管與第四PM0S管的寬長比相等。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電路,其特征在于,所述第四 NMOS管與第五NMOS管的寬長比相等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述與溫度無關(guān)的非線性斜坡補(bǔ)償電路,其特征在于,所述第六 NMOS管與第七NMOS管的寬長比相等。
【文檔編號】G05F1/567GK104360707SQ201410767427
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】范建林, 劉迎迎, 史訓(xùn)南, 朱波, 徐義強(qiáng) 申請人:無錫新硅微電子有限公司