一种适用于高频电流模式转换器的斜坡补偿电路的设计与实现

时间:2012-04-26来源:网络

图3中电流源I1和电流源I2是镜像关系,左半部分是锯齿波产生电路,包括电流源I1,电容C1,电阻R1,比较器1,比较器2,逻辑单元和开关VT1。整个电路工作原理如下:逻辑单元产生一个充放电的脉冲来控制开关VT1的开关,从而控制电容的充放电。当开关VT1是关闭时,电流源I1对电容C1充电。此时A点电压线性增加,当A点电压超过UREF1时,此时比较器1会输出一个低电平,使逻辑单元产生一个高脉冲,从而打开开关VT1,使电容通过电阻R1进行放电,因为电阻R1很小,因此放电速度很快,当A点电压下降到小十VREF2时,此时比较器2输出一个低电平到逻辑单元,使逻辑单元产生一个低脉冲,使开关VT1关闭,如此反复,在A点产生一个锯齿波信号。下面可以通过公式推导出此时A点锯齿波的频率,我们假设对电容C1充电电流为ICharge,由电容C1的电荷公式有:
ICharge·t1=C1△U=C1(UREF1-UREF2) (4)
假设通过R1放电的放电时间为t2,这里因为电阻R1很小,所以忽略放电时间t2。
i.JPG
由于电流源I1和电流源I2是镜像关系,所以电流源I2对电容C2充放电会产生一个斜坡信号。如果假设电流源I1和电流源I2是1:1的镜像关系,则此时斜坡频率:
j.JPG
下面我们来分析斜坡补偿电路如何实现加法功能的,SWON端口为功率管的驱动信号,ISEN信号表示采样电流信号,当SWON为低时,表示外部功率管关闭,此时关闭开关VT4,打开关VT3,这时电容C2下端电压为0,上端电压n.JPGo.JPG,此电压为一斜坡信号。当SWON为高时,表示外部功率管打开,此时ISEN端有采样电流信号,并且SWON的高电平会打开关VT4,关闭开关VT3。此时电容C2下端的电压变为ISEN采佯信号,这时根据电容C2两端电荷公式:
ICharge·t=C2△U=C2(U(t)-UISEN) (8)
求得电容C2上端电压为p.JPG,即实现了斜坡补偿中的加法功能。出于上述没有反馈环路的加法器极大地减小了反馈电路引起的延迟,因此当转换器工作在更高开关频率时(通常会大于2MHz)能有更好的稳定性和可靠性。
实际的电路中,由于开关管VT4会引入尖峰毛刺,进而可能会导致PWM比较器误输出。所以一般会在ISEN信号通路处加入一个简单的RC滤波器,这时就会有一个电阻R串接在电容下端和ISEN信号端之间。因此在当SWON为高电平时,由于此时VT3关闭,所以会有一个大小等于IChar ge的电流流过电阻R,从而使ISEN采样信号与电容下端电压产生偏差。解决方法是在电容C2下端加入一个电流为ICharge的电流源,引入电流源后(如图3中I3所示),SWON为高电平时流过R的电流就可以忽略不计,此时斜坡补偿的误差就可以大大减小。

r.JPG


实际的充电电流产生电路如图4所示,该电路的主体结构是一个自偏置的电流源,因此其对电源的干扰不敏感,其主要是由跨导放大器,VT 1,芯片外接电阻RT和电流镜组成。由于跨导放大器,VT1和电阻RT组成了一个负反馈结构,所以此时流过VT1的电流,即充电电流ICharge等于UREF/RT,此充电电流经过电流镜镜像到充电电容。因此斜坡的斜率可以表示为:
q.JPG
根据斜坡补偿原理,要满足
s.JPG

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关键词: 补偿 电路 设计 实现 斜坡 转换器 高频 电流 模式 适用于

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