[发明专利]开关调节器电路的改进

说明书

技术领域

本发明涉及开关调节器电路，尤其是涉及利用斜率补偿(slopecompensation)技术来稳定该调节器的开关调节器电路。

背景技术

由于开关调节器能提供比线性调节器更高的频率，所以其在DC-DC变换中被广泛使用。在大多数的基本构成中，它们通常包括电感器，电容器，二极管，以及在充电和放电状态之间交替切换电感器的开关。这些基本元件经布置后可构成降压型(step-down(buck))，升压型(step-up(boost))或倒相降压-升压型(inverting buck-boost)调节器。

开关的控制先前是通过诸如“电压模式控制”或“电流模式控制”等技术来实现的。在一个基本的恒定频率电流模式控制降压型转换器中，开关与输入电压相连，并且在一个时钟周期开始时闭合。闭合开关会引起连接在开关和转换器输出之间的电感器中的电流上升。这个电流受到监测，并且与误差信号放大器的输出进行比较。当电感器电流监测器的输出电压超过误差信号放大器的输出电压时，开关断开，直到下一个时钟周期的开始时刻才接通。采用这种方法，将输出电压控制到所需的数值。

在电流模式控制调节器中存在着众所周知的现象，即当转换器的占空比(开关接通时间/时钟周期)大于50％时，会出现次谐波振荡。次谐波振荡是一种不希望在电感器电流中出现的重复模式，其每隔一个或更多的周期出现。(参见R.W.Erickson，D.Maksimovic，Fundamentals of PowerElectronics，第二版，Kluwer Academic Publishers，2001，pp.439-449)。

同样也众所周知，次谐波振荡问题能够利用被称为“斜率(slope)(或斜坡(ramp))补偿”的技术来解决。通常的做法是将预先设定的独立于占空比的同步锯齿波信号(各种术语包括人造斜坡、补偿斜坡或不严谨但简单地称为“附加斜率”)添加到所测量的电感器电流上升斜率上，或者可替换地，从误差信号放大器的输出中减去一个类似的信号。为了确保对于一直到100％的所有占空比的稳定性，这个斜坡的斜率应当等于期望最大电感器电流下降斜率的至少一半。

DC-DC转换器经常具备一些装置来限制电感器中的电流。存在着许多不同的方法来实现此电流限制，但通常方便的是使用“电感器电流加附加斜率”信号来生成电流限制(current limit)。这样的例子很普遍，并且这样做的一个方法是简单地限制(“箝位”)误差信号放大器的电压输出。在这种情况下，误差信号放大器不仅用于控制转换器，而且还用于限制电流。这样做的一个缺陷是由于存在“附加斜率”，当在误差信号放大器输出上使用固定的电压限制时，电流限制对于不同的占空比具有不同的数值。这就意味着电感器中的实际最大电流会随着占空比而按比例下降。

US-A-6611131公开了一种可消除“附加斜率”对于电流限制的影响的技术，通过借助于受此斜率补偿电路控制的可调电压箝位电路，来按周期使电流限制增加与斜率相等的数量。然而，由于次谐波振荡将在电流限制中出现，所以这种技术也存在与完全没有斜率补偿的电流限制比较一样的问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种DC-DC调节器，其能减轻在现有技术中的这些不足，并且解决次谐波振荡问题，从而在其大多数运行期间能够保持基本稳定的电感器电流限制，而独立于占空比。

根据本发明的第一个方面，提供一种电流模式开关调节器，至少包括：电感器；用于控制流经所述电感器的电流的主开关；以及用于周期性操作主开关的反馈控制电路，并且改变主开关的占空比，使得调节器的输出电压基本维持在所期望的电平，所述反馈控制电路进一步包括斜率补偿电路，该斜率补偿电路用于向代表反馈输出误差信号电压的信号和代表电感器电流的信号之间的比较引入偏移量(offset)，其中所述调节器进一步包括电流限制电路，该电流限制电路用于响应电流限制参考信号以控制所述主开关，所述电流限制电路包括调节电路，该调节电路用于响应超过一个先前周期的占空比来调节所述电流限制参考信号，使得与所述输出电压无关地限制电感器中的电流并且限制至一个数值，在稳定的情况下，该数值基本独立于占空比。