[发明专利]一种斜率可配置的斜坡补偿与求和电路

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，应用于峰值电流模开关电源(DC/DC)电流内环的控制，具体涉及一种以开关电容电路为基础的集放大、可配置斜率斜坡补偿与求和功能为一体的电路结构。

背景技术

在峰值型电流模DC/DC电路中，当开关周期内开启主功率开关管的占空比D大于50％时，电感上微小的波动将导致电流环路产生次谐波振荡，从而使得整个控制环路失稳。为了消除电流反馈环路中固有的次谐波振荡，需要改变电感电流上升或下降的斜率，即在上升斜率上叠加一个斜坡或者在下降斜率上减去一个斜坡，以稳定电流控制环路。在开关电源电路中，这种方法被称为斜坡补偿。斜坡补偿是解决峰值型电流模开关电源所固有的电流控制模式开环不稳定的重要手段之一。

在设计开关电源斜坡补偿电路时，需要一种方便调节的斜坡补偿电路，以便在满足性能要求的范围内进行适当的斜坡补偿，消除当占空比大于50％时电流环路固有的次谐波振荡。为了保证开关电源在所有负载条件下均能有效消除次谐波振荡，实际电路中，常常在采样的电感电流上叠加一个固定斜率的斜坡补偿来保证系统稳定，该斜率一般由开关电源的最差工作情况确定。但是，当开关电源工作在轻载时，过量的斜坡补偿将会使得峰值电流模控制等价为电压模控制，降低了整个环路的响应速度。另一方面，还需要一种求和机制实现感应电压与斜坡补偿电压的求和，常见的求和功能的实现如图1所示。采样电路把功率管或者电感上的采样电流信号转换成电压信号，此感应电压与斜坡电压经过电压转电流转换电路，将转换后的电流进行求和，求和后电流流过电阻获得最终的电压信号并输入到脉宽调制(Pulse Width Modulator，PWM)比较器。

常见的开关电源电路中，斜坡产生电路和感应电压放大电路分属于不同的电路环节，电压感应放大和斜坡产生常常需要经过一些电路环节的转换，如图1所示的电路需要经过电压转电流电路实现求和，并最终转换成PWM比较器所需要的输入信号。

从信号处理的流程上看，上述方式中信号经过了较多的电路环节，无疑会加大电路设计的复杂性，而且随着温度和工艺参数的波动，控制信号的误差积累将会变得十分严重，影响电流环路的控制精度。

发明内容

在峰值电流模开关电源中，适当的斜坡补偿是保证峰值电流模开关电源电路电流环路稳定和快速环路响应的重要手段之一，降低感应电压和斜坡补偿电压求和电路对温度和工艺的敏感性，有利于提高控制电路的鲁棒性。但如前文所述，如果感应电压放大和固定斜坡补偿求和经过的电路环节较多，不但加大了电路设计的复杂性，而且减低了电路的鲁棒性。此外，轻载时固定的斜坡补偿斜率会造成过斜坡补偿，使得电流模控制转变成电压模控制，降低了整个环路的响应速度。

针对这些问题，本发明利用开关电容加法放大电路进行感应电压与斜坡电压求和。在CMOS工艺中，开关电容电路有较好的工艺兼容性，且具有高精度的时间常数、良好的电压线性度、良好的温度特性等优势，常常使用开关电容电路对信号进行采样和处理，电路精度只与电容的比值有关，从而能有效的提高信号处理的精度并降低电路对工艺的敏感性。

基于上述技术，本发明提出了一种斜率可配置的斜坡补偿与求和技术，主要的技术点体现在如下三个方面：

1.利用开关电容加法放大电路对功率管电流或者电感电流形成的感应电压进行精确比例放大；

2.利用开关电容电路产生斜坡，同时实现感应电压与斜坡补偿电压的求和；

3.利用可配置开关组选择不同斜坡补偿电流，在不同的负载条件下得到最合适的斜坡补偿斜率。

基于上述三点考虑，并重点关注在大的温度和工艺波动的情况下，降低敏感程度，加强整体控制电路的鲁棒性，利用开关电容电路产生可配置的斜坡信号与感应信号进行精确求和。如图2中的电路结构，其中支路1进行感应电压放大，支路2进行斜坡补偿信号生成，最后经过运放对两路信号求和输出。

本发明的优势体现在如下三个方面：

1.利用开关电容电路在CMOS工艺下有较强的电路鲁棒性，在存在大温度和工艺参数波动的情况下保证了求和电路的稳定性和求和精度要求；

2.使用开关电容电路进行斜坡产生及求和的实现，不仅提高了求和精度，而且大大简化了电路结构；

3.在不同负载条件下，通过可配置开关选择斜坡补偿斜率，优化环路响应速度。

附图说明

图1典型的感应电压与斜坡补偿信号求和电路；

图2本发明公开的斜率可配置的斜坡补偿与求和电路；