基于斜波复位的斜波注入电路及开关电源的误差补偿方法转让专利
申请号 : CN202110391879.7
文献号 : CN112865500B
文献日 : 2022-03-29
发明人 : 向本才
申请人 : 成都稳海半导体有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于斜波复位的斜波注入电路,所述斜波注入电路应用于开关电源,其特征在于,所述斜波注入电路包括斜波电压产生模块和误差补偿模块;
所述斜波电压产生模块用于在第一控制信号的控制下产生电压值线性上升的斜波电压,仅当第一控制信号从第一状态转变为第二状态时控制所述斜波电压的电压值复位至零;所述开关电源中包括串联并接在供电电源和地之间的上功率管和下功率管,根据上功率管和下功率管的串联点信号产生所述第一控制信号;
所述误差补偿模块用于产生与开关电源输出电压和参考电压的差值相关的补偿电压;
所述斜波注入电路将所述斜波电压减去所述补偿电压后作为最终斜波电压输出。
2.根据权利要求1所述的基于斜波复位的斜波注入电路,其特征在于,所述斜波电压产生模块包括时序控制单元和斜波产生单元;
所述时序控制单元用于根据所述第一控制信号产生脉冲信号,仅当所述第一控制信号从第一状态转变为第二状态时所述脉冲信号有效,否则所述脉冲信号无效;
所述斜波产生单元包括第一电容、第一开关、第二开关和电流源,第一电容的第一连接端接地,其第二连接端一方面通过第一开关后连接电流源,另一方面通过第二开关后接地;
第一开关和第二开关由所述脉冲信号控制,所述脉冲信号有效时控制第一开关断开、第二开关导通,所述脉冲信号无效时控制第一开关导通、第二开关断开;第一电容的第二连接端输出所述斜波电压。
3.根据权利要求2所述的基于斜波复位的斜波注入电路,其特征在于,所述时序控制单元包括非门和与门,非门的输入端连接与门的第一输入端和所述第一控制信号,其输出端连接与门的第二输入端;与门的输出端产生所述脉冲信号。
4.根据权利要求1‑3任一项所述的基于斜波复位的斜波注入电路,其特征在于,所述误差补偿模块包括误差放大器,误差放大器的正向输入端连接所述参考电压,其负向输入端连接所述开关电源输出电压的采样值,其输出端产生所述补偿电压。
5.开关电源中误差补偿方法,所述开关电源将参考电压叠加斜波电压后的信号作为比较基准用于与所述开关电源输出电压的反馈电压进行比较,并根据比较结果产生脉宽调制信号控制所述开关电源中开关器件的工作占空比;
其特征在于,所述开关电源中误差补偿方法为:步骤一、所述开关电源中开关器件包括串联并接在供电电源和地之间的上功率管和下功率管,取上功率管和下功率管串联点的信号作为第一控制信号;
步骤二、令所述斜波电压的电压值线性上升,并且仅在所述第一控制信号从低电平转变为高电平时将所述斜波电压的电压值复位至零,使得所述斜波电压与所述开关电源中开关器件的工作占空比无关;
步骤三、获取与开关电源输出电压和参考电压的差值相关的电压信号作为补偿电压;
步骤四、将所述参考电压叠加所述斜波电压并减去所述补偿电压后的信号作为最终的比较基准用于与所述开关电源输出电压的反馈电压进行比较,使得比较基准恒定,消除斜波电压带来的误差。
6.根据权利要求5所述的开关电源中误差补偿方法,其特征在于,所述步骤二中产生所述斜波电压的结构包括时序控制单元和斜波产生单元;
所述时序控制单元用于根据所述第一控制信号产生脉冲信号,仅当所述第一控制信号从低电平转变为高电平时所述脉冲信号有效,否则所述脉冲信号无效;
所述斜波产生单元包括第一电容、第一开关、第二开关和电流源,第一电容的第一连接端接地,其第二连接端一方面通过第一开关后连接电流源,另一方面通过第二开关后接地;
第一开关和第二开关由所述脉冲信号控制,所述脉冲信号有效时控制第一开关断开、第二开关导通,所述脉冲信号无效时控制第一开关导通、第二开关断开,第一电容的第二连接端输出所述斜波电压。
说明书 :
基于斜波复位的斜波注入电路及开关电源的误差补偿方法
技术领域
电路进行误差补偿的方法。
背景技术
内部会集成斜波注入电路。如图1所示,传统内部集成斜波注入电路的固定导通时间开关电
源中,斜波注入电路产生斜波电压Vripple并与参考电压Vref叠加后与开关电源输出电压
Vout的反馈电压Vfb进行比较,根据比较结果进行脉冲宽度调制PWM。
Vfb进行比较的情况,图3中(a)是将图3中(b)、(c)、(d)三种情况画在一起的示意图,可以看
出三种不同占空比对应的斜波电压Vripple不同,导致Vripple与Vref叠加的值不同,从而
导致反馈电压Vfb的变化。
见传统的斜波注入电路会令开关电源引入输出误差,需要提出一种能够补偿输出误差的斜
波注入电路。
发明内容
路,通过特殊的时序控制产生一个与开关电源中开关器件的工作占空比无关的斜波电压,
再将该斜波电压减去与开关电源输出电压和参考电压的差值相关的补偿电压得到最终的
斜波电压。另外还提出一种将本发明的斜波注入电路应用于开关电源中的方案,消除开关
电源的输出误差。
至零;所述开关电源中包括串联并接在供电电源和地之间的上功率管和下功率管,根据上
功率管和下功率管的串联点信号产生所述第一控制信号;
接地;第一开关和第二开关由所述脉冲信号控制,所述脉冲信号有效时控制第一开关断开、
第二开关导通,所述脉冲信号无效时控制第一开关导通、第二开关断开;第一电容的第二连
接端输出所述斜波电压。
号。
压。
制信号控制所述开关电源中开关器件的工作占空比;
中开关器件的工作占空比无关;
除斜波电压带来的误差。
接地;第一开关和第二开关由所述脉冲信号控制,所述脉冲信号有效时控制第一开关断开、
第二开关导通,所述脉冲信号无效时控制第一开关导通、第二开关断开,第一电容的第二连
接端输出所述斜波电压。
压的差值相关的直流电压进行补偿,由于斜波电压不随占空比改变,故当占空比改变时无
需调整斜波电压的斜率,实现对传统斜波电压在系统上产生误差的补偿的同时,还加快了
系统的响应速度;将本发明应用于开关电源中,能够解决传统内部集成斜波注入电路的开
关电源中由于斜波电压与开关电源中开关器件的工作占空比有关而引入的输出误差问题,
实现不同占空比情况下开关电源的输出电压保持恒定,消除了开关电源的输出误差。
附图说明
式提供了本发明的一些实施例。为简明起见,不同附图中具有相同功能的相同或类似的组
件或结构采用相同的附图标记。
考电压Vref叠加后信号Vref+Vripple的波形图、以及对应反馈电压Vfb的波形图,图(a)为
整合三种情况的的对比图,可以看出在不同的占空比情况下,开关电源的反馈电压Vfb不
同,输出电压也不同,具有较大误差。
信号Vsw控制产生的斜波电压Vripple并减去补偿电压Vec后再与开关电源输出电压的反馈
电压Vfb进行比较的波形图,图(a)为整合三种情况的的对比图,可以看出在不同的占空比
情况下,其开关电源的反馈电压相同,即输出电压相同,由于斜波电压引入的误差得以补
偿。
Vripple以及产生的补偿电压Vec的波形图,图(a)为整合三种情况的的对比图,可以看出在
不同的占空比情况下,斜波电压Vripple的峰值保持与补偿电压Vec相同,以补偿由于斜波
电压引入的误差。
具体实施方式
本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它
实施例,都属于本发明保护的范围。
存在任何这种实际的关系或者顺序。比如控制信号的第一状态和第二状态可以互换,可以
是第一状态表示高电平、第二状态表示低电平,也可以是第一状态表示低电平、第二状态表
示高电平,不影响本发明技术方案的实现。
的斜波电压Vripple,控制逻辑为仅当第一控制信号Vsw从第一状态转变为第二状态时控制
斜波电压Vripple的电压值复位至零,随后从零开始线性上升。如图6所示给出了斜波电压
产生模块的一种实现结构,本实施例中斜波电压产生模块包括时序控制单元和斜波产生单
元,时序控制单元用于根据第一控制信号Vsw产生脉冲信号,仅当第一控制信号Vsw从第一
状态转变为第二状态时脉冲信号有效控制斜波电压Vripple的电压值复位至零,否则脉冲
信号无效控制斜波电压Vripple电压值线性上升。如图6所示,本实施例中利用一个非门210
和一个与门211产生脉冲信号,非门210的输入端连接与门211的第一输入端和第一控制信
号Vsw,其输出端连接与门211的第二输入端;与门211的输出端产生脉冲信号。
的第一连接端接地,其第二连接端一方面通过第一开关202后连接电流源204,另一方面通
过第二开关203后接地;第一开关202和第二开关203由脉冲信号控制,脉冲信号有效时控制
第一开关202断开、第二开关203导通,脉冲信号无效时控制第一开关202导通、第二开关203
断开;第一电容201的第二连接端输出斜波电压Vripple。
导通时间的开关电源时,可以根据开关电源中上功率管106和下功率管107的连接处电压
Vsw产生第一控制信号,比如产生与上功率管106和下功率管107的连接处电压Vsw成比例的
第一控制信号,或如图4所示实施例中直接取开关电源中上功率管106和下功率管107的连
接处电压Vsw作为第一控制信号Vsw,因此本实施例中第一控制信号Vsw的第一状态为低电
平,第二状态为高电平,脉冲信号在第一控制信号Vsw从低翻高时产生有效脉冲。
斜波电压Vripple作为比较基准,再与开关电源输出电压的反馈电压Vfb进行比较,根据比
较结果来调整PWM脉宽调制模块101,由于斜波电压Vripple根据上功率管106和下功率管
107的连接处电压Vsw来产生,因此传统斜波电压Vripple与开关电源中开关器件的工作占
空比有关,当开关电源中开关器件的工作占空比不同时叠加的斜波电压Vripple也不同,造
成了比较基准的变化。
变,故当占空比改变时本实施例产生的斜波电压Vripple不变,因此可以由误差补偿模块产
生一个合适的直流电压Vec补偿斜波电压Vripple引入的误差。
另一个正向输入端连接参考电压Vref,比较器102的另一个负向输入端连接输出电压经过
电阻分压后的反馈电压Vfb,使得参考电压Vref叠加初始的斜波电压Vripple并减去补偿电
压Vec后的信号作为新的比较基准与反馈电压Vfb进行比较。
馈电压Vfb的比较情况,图5中(a)是将图5中(b)、(c)、(d)三种情况画在一起的示意图,可以
看出三种不同占空比对应的斜波电压Vripple结合补偿电压Vec后得到的新的比较基准与
反馈电压Vfb的比较结果是相同的,因此不同占空比对应的反馈电压Vfb是相同的,开关电
源的输出电压Vout也相同,实现了对斜波电压引入误差的补偿。
差,误差放大器205的正向输入端连接参考电压Vref,其负向输入端连接开关电源输出电压
的采样值,其输出端产生补偿电压Vec,如图4所示可以利用分压电阻R1和R2对开关电源输
出电压Vout采样获得反馈电压Vfb连接到误差放大器205的负向输入端。由误差放大器205
虚短,稳定时有Vfb=Vref,且Vfb=Vref+Vripple‑Vec,故稳定时有Vripple=Vec,斜波引
入的误差得以补偿。又由于本发明产生的斜波电压总与工作周期Tsw对齐,且工作周期不随
占空比改变,故当占空比改变时无需误差放大器205调整斜波电压的斜率,这样就加快了系
统的响应速度。
波电压减去补偿电压得到最终的斜波电压,实施例中虽然给出斜波电压产生模块和误差补
偿模块的具体结构,但本领域技术人员应当知晓,其余能够实现相同作用的结构都可以适
用本发明,本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本
发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。