一种自适应斜坡补偿电路的设计与实现

（
）
２． ２ 自适应斜坡补偿理论 对（ ） 式进行变换得到 ： ８ １ 犇犞ＯＵＴ （ ） 犚ＤＳＯＮ 犿 ＞ １－ ９ 犇 ２ 犔 １ 犞Ｉ Ｎ （ ） 犚ＤＳＯＮ 犿 ＞ 犇－ １ ０ ２ （ １－ 犇） 犔 ） 式看出 ， 对于芯片来说 ， １ ０ 犞犐 从 （ 犖 是必须的输 入引 脚， 而占空比 犇 可以由功率开 关 管 的 驱 动 信 号 得 到 ， 因 此在一 定 的 应 用 电 路 中 ， 已 知 确 定 的 犔 值， 犚犇犛犗犖 根 据 指标要求也可以确定 ， 斜坡补偿信号的 斜率 犿 只 与 犇 ， 只要可以实 现 犿 随 犇 ， 也就 犞犐 犞犐 犖 有关 ， 犖 变 化 而 变 化， 实现了自适应的补偿方法 ． 在 本文的电流模电路中， 设 计 了 与犇 －０ ５成 正 比
犞２ ＝ ０ ． ６ 犞犅犌 －犐犇－０ ． ６ 犞犅犌 － 犞１ ． ４犚 ３ ＝０ 犐 犜 犐 犜（ （ ） ． ６ １－ 犇 ） １ ９ ＝０ － 犞１ ＝ 犆 犆 同样得到 犐 ２ ＝犐 １ －犇 ＝ 犐 犜 （ １－ 犇 ） 犚２犆
（ ） ２ ０
４． ３ 与犞犐 犖 成正比的电流实现 通过把 犞犐 产 犖 分压后 的 电 压 加 到 一 个 电 阻 犚 犐 犖 上， 生的电流就是与 犞犐 成正比的电流 于是得到 ： ． 犖 犞犐 犖 （ ） 犐 ２ １ 犮 ＝犐 犞 犐 犖 ＝ ２ 犚犐 犖 ４． ４ 斜坡补偿信号的产生 把产生的 犐犇－０ 犐 ４， １－ 犇 和犐 犞 犐 犖输入图３的跨导电路 中， 这里通过两级跨导线性电路得到斜坡补偿电流 犐 犛 犆． 由第一级跨导线性电路得到 ：
从上式得到 ： １ 犿 ＞－ １－ 犿２ 犇 ２ （ ） ５

如图 １ 所示 ， 犞犮 为电压反馈回路的误差放大信号 ， 实线波形为未加扰动的电感 电流 ， 虚线波形为叠加 Δ 犐 ０ 扰动量的电感电流 ， 犇 为占空比 ； 犿１ ， 犿２ 分别为电感电 流的上升 、 下降斜 率 ； 犔 为 电 感 值， 犚犇犛犗犖 为 开 关 管 导 通 对于升压型 犇 电阻 ． 犆 犇 犆：
第２ ９卷 第３期 ２ ０ ０ ８年３月
半 导 体 学 报
犑 犗犝犚犖犃 犔犗 犉犛 犈犕 犐 犆 犗犖犇犝犆 犜 犗犚 犛
犞 狅 犾 ． ２ ９ 犖 狅 ． ３ ， 犕 犪 狉 ． ２ ０ ０ ８
一种自适应斜坡补偿电路的设计与实现
陈富吉 来新泉 李玉山
（ 西安电子科技大学 犆 ） 犃犇 研究所 ， 西安 ７ １ ０ ０ ７ １
第３期
陈富吉等 ： 一种自适应斜坡补偿电路的设计与实现
５ ９ ５
图 ５ １－犇 电流产生线路图
犉 犻 ． ５ 犛 犮 犺 犲 犿 犪 狋 犻 犮狅 犳１－犇 犮 狌 狉 狉 犲 狀 狋犵 犲 狀 犲 狉 犪 狋 犻 狅 狀 犵
图 ４ 基本框架及时序图
犉 犻 ． ４ 犇 犻 犪 狉 犪 犿狅 犳 狊 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲犪 狀 犱狋 犻 犿 犲狊 犲 狌 犲 狀 犮 犲 犵 犵 狇
（ ） （ ）
犱 犻 犐犆 犮 （ ） １ １ ＝ 犱 犞犅犈 犞犜 可见 ， 理想的 犅 犑 犜 的跨导 犵犿 与其集电极静态电流犐 犮 呈 线性正比例关系 ． 跨导线性 （ 环 路 原 理 为： 在一个含有偶数个正 犜 犔） 若顺时针方向（ 排列的结 偏发射结的闭环回路 中 ， 犆犠 ） 数目与逆时 针 方 向 （ 排 列 的 结 数 目 相 等， 则顺时 犆 犆犠 ） 针方向的发射极 电 流 密 度 之 积 等 于 逆 时 针 方 向 的 发 射 极电流密度之积 ． 基于这个原理 ， 设计了如图 ３ 所示 的跨 导线 性环电 路． 各管 犙 １， 犙 ２和 犙 ３ 组成 一 个 跨 导 线 性 环 电 路 ． 犙 ０， 发射区面积相 等 ， 即 犃０ ＝ 犃１ ＝ 犃２ ＝ 犃３ ， 再由（ ） １ １ 式， 则有 犜 犔 环路方程为 ： （ ） 犞犅犈 １ ２ ０ ＋ 犞犅 犈 ３ － 犞犅 犈 １ － 犞犅 犈 ２ ＝０ 忽略晶体管基极电流的影响 ， 得到 ：
３ 跨导线性环原理及电路实现
图 ２ 引入斜坡补偿后的开环稳定性示意图
犉 犻 ． ２ 犇 犻 犪 狉 犪 犿狅 犳狅 犲 狀犾 狅 狅 狋 犪 犫 犻 犾 犻 狋 犻 狋 犺狊 犾 狅 犲犮 狅 犿 犲 狀 狊 犪 狋 犻 狅 狀 犵 犵 狆 狆狊 狔狑 狆 狆
双极型晶体管的 电 流 犻 犮 和 发 射 结 电 压 犞犅 犈互 为 因 即 果关系 ，
４． ２ 与 １－犇 成正比的电流实现 （ ） 犐犕２ 犚３ ＝ 犚１ １ ８ ６ ＝犐 犕 ３ ＝犐 犇－ ０ ． ４， 在 （ ）式中 取 犐犆犎 ＝犐， 由 （ 和（ １ ７ 犆１ ＝犆， １ ５） １ ７）式 得 到：
器件对 之 间 的 发 射 区 面 积 之 比 很 重 犔 环路中 ， 在 犜 在设计电路时 ， 通过精心设定对 管发 射面积 之比 ， 可 要． 获得预期的电路性能和效果 ， 有助 于减 小乃至 消除由 于 结电阻产生的误差 ．
图 １ 犇 ＞５ ０％ 时开环稳定性示意图
犉 犻 ． １ 犇 犻 犪 狉 犪 犿狅 犳狅 犲 狀犾 狅 狅 狋 犪 犫 犻 犾 犻 狋 狅 狉犇 ＞５ ０％ 犵 犵 狆 狆狊 狔犳
犞犐 犖 犚犇犛犗犖 犔 犞犐 犖 － 犞犗犝 犜 犿２ ＝ 犚犇犛犗犖 犔 在连续导通模式下 ， 从上两式得到 ： 犿１ ＝ 犿２ 犇 ＝－ 犿１ １－ 犇 不考虑斜坡补偿 ， 有： 犐 犐 Δ １ ＝Δ ０
４ 自适应斜坡补偿电路
在实际电路中 ， 为了 留 有 余 地 ， 当占空比大于４ ０％ 时开始进行补偿 ． ４． １ 与 犇－０ ４ 成正比的电流实现 电流产生的 时 序 及 基 本 框 图 如 图 ４ 所 示 ． 在犇 犆 输出功率开关管占空比 犇 可以通过 其栅极 驱动 犇 犆 中， 完全无需通过引入 犞犗犝犜 和 犞犐 信号 犇犚犞 得到 ， 犖 的 差值 来实现 ， 把 犇犚犞 信号转换 为 与 犇 －０ 成 正 比 的电压 ４ 或电流信号 ． 振荡器输出 犇犚犞 信号的频率 由 内 部 振 荡 器 确 定 ， 信号是通过对电容的恒流充电产 生斜坡 信号 ， 当电容电 压达到阈值 犞犅犌 时 ， 比较器翻转 ， 同时对 电容 短路 放电 ， 因此斜 坡 信 号 的 下 降 时 间 很 短 ， 其上升时间相当于 设振荡器周期为 犜， 充电电流 １ ０ ０％ 占空比的时间周期 ． 为 犐， 电容值为 犆， 有：
摘要 ： 提出了一种应用于电流型 犇 在分析斜坡补偿原理的基础上， 提出了一种动态 犆 犇 犆 转换器的自适应斜坡补 偿 电 路 ． 的斜坡补偿方法 ． 该方法利用跨导线性环电路对补偿电流信 号 进 行 叠 加 ， 无需 外 加 引 脚 引 入 输 出 电 压， 从而减小了芯片封 装尺寸 ， 以较少的电路使引入的斜坡补偿对系统带载能力和瞬态 响 应 的 负 面 影 响 减 至 最 小 ． 此 电 路 采 用 犝犕犆 犅 犆 犇 工艺， 在升压型 犇 带载能力达到 ３ 负载调整率为 ６ ／ 犆 犇 犆 转换器 ２ 犞 转换 ８ 犞 的条件下 ， ０ ０ 犿犃， ７ 犿犞 犃． 关键词 ： 自适应 ； 斜坡补偿 ； 跨导线性环 ；犇 犆 犇 犆 变换器 犈 犈 犃 犆 犆： １ ２ ９ ０ 犅 中图分类号 ：犜 （ ） 犖 ４ ３ ２ 文献标识码 ：犃 文章编号 ：０ ２ ５ ３ ４ １ ７ ７ ２ ０ ０ ８ ０ ３ ０ ５ ９ ３ ０ ５
（ ） １ （ ） ２
（ ） ３
２ 自适应斜坡补偿的思想
［ ，］ ２． １ 基本斜坡补偿理论 ４ ５
犿２ （ ） ４ 犿１ 当占空比小于５ ０％ 时 ， 犐 周期性减 由 上 式 可 知 ： Δ 小， 系统是收敛 的 ； 当占空比大于５ 即 犇 ＞１－ 犇 ） ０％ （ 时， 则呈现增大 趋 势 ， 如 图 所 示 ， 发 生了开环不稳 犐 １ Δ 定现象 ． 考虑斜坡补偿 ， 如图 ２ 所示 ， 引 入斜 率为 犿 的斜坡 电流信号 ， 得到 犿２ ＋ 犿 犿１ ＋ 犿 环路要保持稳定 ， 需要满足 ： 犐 犐 Δ １ ＝Δ ０ 犐 犿２ ＋ 犿 Δ １ ＝ ＜１ 犐 犿１ ＋ 犿 Δ ０
（ ） ６
（
）
（ ） ７
批准号 ： ） 和国家教育部博士点基金 （ 批准号 ： ） 资助项目 ６ ０ １ ７ ２ ０ ０ ４ ２ ０ ０ １ ０ ７ ０ １ ０ ０ ３ 国家自然科学基金 （ ： ＿ 通信作者 ． 犈犿 犪 犻 犾 犳 狌 犻 犮 犺 犲 狀＠１ ６ ３． 犮 狅 犿 犼 ０ ０ ７ ０ ６ １ １ 收到 ， ２ ０ ０ ７ １ ０ １ ２ 定稿 ２ ０ ０ ８ 中国电子学会 ２
１ 引言
电流 模 式 脉 宽 调 制 （ 狌 犾 狊 犲狑 犻 犱 狋 犺 犿 狅 犱 狌 犾 犪 狋 犻 狅 狀， 狆 开关电源由 于 其 动 态 响 应 快 、 补 偿 电 路 简 单、 增 犘犠犕） 益带宽大等优点 而 获 得 广 泛 应 用 ． 但 是， 在峰值电流模 式中存在如 下 问 题 ： 占空比大于５ ０％ 时 系 统 的 开 环 不 稳定 ； 由于峰值电流而非平均电感 电流而 产生 的系 统开 次谐波振荡 ； 抗干扰能 力差 ， 特别 是当 电感 环不稳定性 ； 这 种 情 况 更 为 严 重． 解决上 中的纹波电流成 分 很 小 时 ， ［ ］ １～３ 述问题的办法就是增加一个斜坡补偿电路 ． 本文基于升压型 犇 转 换 器 ， 首 先 介 绍 了开关 犆 犇 犆 电源中斜坡补偿原理 ， 在此基础上对升压型 犇 犆 犇 犆的 斜坡补偿原理进行了分析 ， 设计了 一种 实用的 自适应 斜 该设计通过电压电流转换（ ， 把反映 坡补偿电路 ． 犞 犐 犆） 占空比的功率开关管驱动信号 ， 及 输入 电压信 号转换 成 电流 ， 利用跨导线 性 电 路 对 电 流 信 号 进 行 运 算 ， 从而无 需另加引脚引入 输 出 电 压 ， 实 现 了 动 态 的 斜 坡 补 偿． 这 一设计节省了芯 片 引 脚 数 目 ， 减 小 了 板 级 应 用 空 间， 引 入的斜坡补偿 对 系 统 带 载 能 力 和 瞬 态 响 应 的 负 面 影 响 本文给出了实际电路的 设计过 程以 及仿 真和 减至最小 ． 验证结果 ．