[发明专利]一种用于开关稳压电源控制器的环路补偿电路

说明书

技术领域

一种应用于开关稳压控制器的环路补偿电路，属于电子技术领域，涉及一种应用于功率 集成电路中PWM控制模式的开关稳压电源控制器的环路补偿电路。

背景技术

开关稳压电源(即开关变换器)中常采用脉冲宽度调制模式PWM(Pulse Width  Modulation)，并通过负反馈控制环路来使变换器的输出电压保持稳定。具体实现方式是：如 果输入电压或负载的变化引起输出电压变化，采样电路对输出电压进行采样，并将之与基准 电压进行比较，进而根据变化来调节变换器开关的占空比，使得输出电压稳定；输出电压稳 定的程度与负反馈放大器的开环增益相关。然而，对于任何负反馈系统，都存在环路稳定性 的问题。控制系统的稳定性是由系统结构决定的，因为控制系统一般都含有储能元件和惯性 元件，如电容和电感。由于这类元件的能量不能突变，当系统受到扰动或有输入量时，控制 过程不会立即完成，而是有一定的延迟，如果这个延迟造成反馈回来的信号刚好同相地加到 原扰动或输入信号，那么系统将出现振荡现象。如果这个振荡过程是逐渐减弱的，系统最终 将趋于稳定；如果振荡过程维持恒定或逐步增强，系统将失控，即为不稳定系统。根据“巴 克豪森判据”要求，控制系统稳定的准则是：在开环环路增益为1的频率(即剪切频率)处， 系统所有环节的总开环相位延迟必须小于360°。另外，将系统在剪切频率处所对应的相位 角与-180°之差定义为相位裕度。相位裕度太小，系统会出现减幅振荡；相位裕度太大则系 统的响应速度变慢。为了减小反馈系统阶跃响应引起的振荡幅度，并提供快速的调节速度， 一般相位裕度应设计在45°到70°之间。

以Buck变换器为例，如图1所示，输出电压被电阻R01和R02进行分压采样，采样得 到的FB信号与基准vref信号之差经过误差放大器的放大，与三角波相比较后，产生可控的 占空比信号来驱动功率管M1。SW节点相应会产生与占空比信号相关的方波电压。电路当中 由电感L和电容C构成的LC滤波网络用于对SW点的方波电压进行滤波，产生一个具有一 定纹波的相对稳定的输出电压。由于LC滤波网络是一个双极点网络，转折频率为会产生180°的相位滞后，加上负反馈引入的180°相移，就有可能在环路增益达到剪切频率 之前产生360°相位滞后，造成环路的不稳定。因此需要对环路进行相位补偿，使得环路在 总的相位延迟小于360°，并且有大约60°左右的相位裕度。

如果LC网络中电容是低ESR的电容，那么传统的电压模式PWM控制环路中的误差放 大器一般采用三型补偿误差放大器对环路进行补偿，如图1所示。由于三型补偿误差放大器 具有3个大的电容和3个大电阻，无法实现在芯片上的集成，需要在片外实现。本发明提出 一种补偿电路，补偿所需要的电容和电阻等无源器件较小，可实现全片上集成，无需片外无 源器件，减少了开关稳压电源控制器的成本，还可提高开关稳压电源控制器的可靠性。

发明内容

本发明提供一种用于开关稳压电源控制器的环路补偿电路，与常规的三型误差放大器补 偿方式相比，由于采用的电容和电阻等无源器件较小，故可将控制电路全部集成于芯片中， 从而减少了外围元件的数量，能够提高开关稳压电源控制器的可靠性，并降低开关稳压电源 控制器的成本。

本发明详细技术方案为：

一种用于开关稳压电源控制器的环路补偿电路，如图2所示，包括相位超前补偿单元电 路和低频增益单元电路。所述相位超前补偿单元电路由运算放大器op1、电阻R1、电阻R2 和电容C1构成；所述低频增益单元电路由运算放大器op2、电阻R3和电阻R4构成。运算 放大器op1的同相输入端接开关稳压电源的反馈电压FB(反馈电压FB一般由开关稳压电源 的输出电压通过两个分压电阻采样获得)；电阻R2的一端接运算放大器op1的反相输入端， 另一端接运算放大器op1的输出端；电阻R1的一端接在运算放大器op1的反相输入端，另 一端接电容C1的上极板，电容C1的下极板接运算放大器op2的同相输入端；运算放大器op2 的同相输入端接带隙基准电压vref；电阻R3接在运算放大器op1的输出端和运算放大器op2 的反相输入端之间；电阻R4接在运算放大器op2的反相输入端和输出端之间；运算放大器 op2的输出端即为EA节点，接开关稳压电源控制器中后级PWM比较器的同相输入端。