[发明专利]具有可变斜坡补偿的开关调节器

说明书

技术领域

本公开涉及开关调节器，具体地，涉及对开关占空比的补偿控制。

背景技术

人们知道利用电流式开关调节器来将DC输出电压控制为比输入电压高、低或与之相同。典型地，激活一个或多个开关，通过电感提供电流脉冲，以对输出电容进行充电。根据输出电压和负载状况，通过调整开关脉冲的开关时间来将输出电压电平保持在想要的电平。

图1是典型电流模式开关调节器的框图。开关控制电路10可以包括任意多种已知的控制器，这些控制器提供脉宽调制输出脉冲，来将DC输出电压V_OUT调整为比标称输入电压V_IN大、小或相同的电平。典型地，控制电路包括具有置位输入端和复位输入端的锁存器，该锁存器耦接至对电感12提供开关电流I_SW的受控开关。电容14连接在输出电压V_OUT与地之间。电阻16和18串连在输出电压V_OUT与地之间。调节器的输出端为负载20供电。

置位输入端耦接至时钟22，该时钟22可以响应于图中未显示的振荡器来产生脉冲。在正常操作期间，在置位输入端接收到每一个时钟脉冲时，激活锁存器来对开关电流脉冲进行初始化。当复位输入端接收到输入信号时终止开关电流脉冲，从而确定开关电流脉冲的宽度。复位输入端耦接至比较器24的输出端。在电阻16和18的接合点处取得输出电压反馈信号V_FB，并将该信号耦接至误差放大器26的负输入端。电压参考V_REF被施加到误差放大器26的正输入端。电容28耦接在误差放大器26的输出端和地之间。

电容28的充电电平以及它的电压V_C依赖于放大器26的输出而变化。随着负载电流的增大，输出电压和反馈电压V_FB减小。随着反馈电压V_FB的减小，V_C增大。因此，V_C与负载电流成比例。V_C耦接至比较器24的反相输入端。正相输入端耦接至加法器30。加法器30将与感应到的开关电流成比例的信号I_SW和补偿信号结合在一起。一旦开关响应于时钟置位信号被激活，就通过电感12生成了开关电流。当从加法器30接收到的信号电平超过了V_C，比较器24产生复位信号来终止开关电流脉冲。在负载增大的情况下，V_C增大，开关电流脉冲相应地增大长度来适当地调整输出电压V_OUT。由于V_C是负载的指示，可以用图中未示出的内部电路对它进行监控，来检测轻负载状态。作为对V_C达到预定的轻负载状态阀值的响应，操作可以被改变为“睡眠模式”，在这种模式下，可以停用一些电路元件，使之不消耗功率。

对于以50％或者更高占空比进行的正常调节器操作而言，需要在开关控制中加入补偿，以避免分谐波震荡。典型的方式叫做“斜坡补偿”，其中，在每个开关周期中，一个幅度连续增大的信号被加到电流信号I_SW，或者从信号V_C中被减去。图2是现有技术的斜坡补偿发生器的电路图，该斜坡补偿发生器可以输入至加法器30，以对施加到比较器24的正相输入端的电流信号进行修改。该电路的输出是与晶体管32、电阻34(R)和偏压(VB)源36的串连通路中的电流相对应的电流信号S_X。晶体管32的基极耦接至单位增益缓冲放大器38的输出端。放大器38的正输入端被耦接用来接收斜坡信号Vramp。放大器38的负输入端耦接至晶体管32和电阻34之间的接合处。

图3是图2电路的补偿函数的简化波形示图。Vramp信号是在每个时钟周期开端产生的锯齿信号，并以线性斜率延伸至对应于100％占空比的周期的结束。例如，Vramp幅度可以在0-1V之间变化。晶体管32在周期中的Ts点开始导通，在该点，Vramp超过了固定电压VB。由于需要对以50％或更大的占空比进行的操作进行补偿，典型地，在本例中VB在最大Vramp电平的一半或0.5V中任意选择。由于Vramp在Ts时刻后继续增大，施加到晶体管32的基极信号增大，从而，输出电流Sx线性地在开关周期的结束处增大到最大Smax。Sx由(Vramp-VB)/R。确定。从而，补偿曲线Sx起始点Ts由VB确定，它的斜率由R确定。在该例中，不管实际的占空比，Ts出现在开关周期的50％处。