一种精准的升压型DC_DC转换器自调节斜坡补偿电路

收稿日期:2006205229;　定稿日期:2006208225基金项目:国家自然科学基金重点项目资助(60436030)

一种精准的升压型DC 2DC 转换器

自调节斜坡补偿电路

刘永根,游　剑,罗　萍,张　波,李肇基

(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都　610054)

摘　要:　设计了一种精准的升压型DC 2DC 转换器自调节斜坡补偿电路,包括反馈信号产生电路,固定斜率的斜坡信号产生电路,反馈信号转移电路和自调节斜坡信号产生电路四部分。其产生的斜坡信号斜率随输入电压变化而自动精确调节,消除了欠补偿和过补偿现象。与传统的设计相比,该结构具有精度高、电路结构相对简单等特点。最后,给出了具体的仿真结果。关键词:　升压型DC/DC 转换器;斜坡补偿;自调节

中图分类号:　TN432 文献标识码:　A 文章编号:100423365(2007)0120076204

A Precise Self 2R egulation Slope Compensation Circuit

for DC 2DC Boost Converter

L IU Y ong 2gen ,YOU Jian ,L UO Ping ,ZHAN G Bo ,L I Zhao 2ji

(S tate Key L ab.of Elect ronic T hin Fil ms and I nteg rated Devices ,

Univ.of Elec.S ci.and Technol.of China ,Cheng du ,S ichuan 610054,P.R.Chi na )

Abstract :　A precise self 2regulation slope compensation circuit for DC 2DC boost converter is proposed ,which

contains a feedback signal generator ,a defined slope signal generator ,a feedback signal transfer circuit and a self 2regulation slope signal generator.The slope compensation signal can be self 2regulated as the input voltage changes ,which eliminates under 2compensation and over pared with other designs of slope compensator ,this circuit is accurate and simple.Finally ,simulation results are also provided.

K ey w ords :　Boost DC/DC converter ;Slope compensation ;Self 2regulation

EEACC :　

2570F

1　引　言

开关电源因体积小、重量轻、效率高、性能稳定等优点在电子、电器设备和家电领域得到了广泛的应用,进入了快速发展期[1]。开关电源反馈控制电路可分为电流模式和电压模式,电流模式又可分为峰值电流模式和平均电流模式。峰值电流模式因动态响应快、补偿电路简单、增益带宽大、输出电感小、易于均流等优点而被广泛应用[2]。但是,当占空比大于50%时,峰值电流模式会引起开环不稳定、次谐波振荡和振铃电流等问题。研究表明,引入斜坡

补偿能有效地解决上述问题[3]。升压型转换器电路

中,为了保证系统稳定,补偿斜坡应大于电感电流下降斜率的1/2,但此时可能存在振铃电流。为消除振铃电流,补偿斜坡一般取电感电流下降斜率,即

(V out -V in )/L [3]。由于升压型转换器补偿斜坡为输入电压的函数,而输入电压随电网变化,所以,补偿斜坡也应随输入电压的变化而变化,即自调节斜坡补偿。否则,就可能出现斜坡过补偿或补偿不足,降低电路性能并导致波形畸变。但是,自调节斜坡补偿的具体电路实现比较困难,当今大部分升压型电路通常采用平均电流控制模式代替峰值电流控制模式,以避免需要斜坡补偿,减小芯片面积。目前,国

第37卷第1期

2007年2月

微电子学

Microelect ronics

Vol 137,№1Feb 12007

内外关于升压型转换器斜坡补偿电路具体实现的文献报道也比较少。但是,峰值电流模式具有不可替代的优点。如果能设计出一种电路结构简单、精度较高的自调节斜坡补偿电路,则能采用峰值电流模式提高升压型转换器的性能。

本文针对升压型转换器,研究设计补偿斜坡随输入电压变化的自调节斜坡补偿电路。传统的自调节斜坡补偿电路结构比较复杂,精确度不高,并且在具体的电路设计中,许多地方没有考虑实际的工程应用情况[4,5]。因此,在文献[5]所提出的结构基础上,本文设计出一种改进的结构相对简单、精确度高的自调节斜坡补偿电路。

2　结构及原理

斜坡补偿可分为上斜坡补偿和下斜坡补偿,上斜坡补偿因其电路实现相对简单而得到广泛的应用。图1给出了升压型转换器采用上斜坡补偿的基本原理。其用检测电阻对电感的峰值电流进行检测,然后与自调节的斜坡信号相加,并转化为电压信号送到比较器。本文采用图2所示的自调节斜坡补偿电路结构框架,包括反馈信号产生电路,反馈信号转移电路,斜率固定的斜坡信号产生电路和自调节的斜坡信号产生电路四部分。在此框架的基础上,

设计出如图3所示的具体电路。下面分别介绍组成图3自调节斜坡补偿电路四个部分的工作原理及具体电路实现

。

图1　升压型转换器上斜坡补偿的基本原理

Fig.1　Basic principle of slope compensation for boost

converter

图2　自调节斜坡补偿电路的结构框架

Fig.2　Structure of the self 2regulation slop compensation

circuit

图3　补偿斜坡随输入电压变化的自调节斜坡补偿电路

Fig.3　Detailed implementation of self 2regulation slop compensation circuit

2.1　反馈信号产生电路

电阻R 1和MOS 管M F 1～M F 9构成反馈信号产生电路,流过M F 8中的电流即为反馈信号。为了实现自调节的功能,首先检测输入输出电压,然后通过电位平移,将其电压差作用到电阻上,转化为电流信号。图3中,M F 1～M F 4和M F 5～M F 8分别构

成Cascode 电流镜,保证电流的精确匹配。由于通过M F 3的电流与通过M F 4的电流精确相等,从而有V sg (MF 3)=V sg (M F 4),电阻R 1上的电流为:

I =

V out -V in

R 1

(1)

此电流即为反馈信号,其大小会随输入电压的