專利名稱：一種改進的補償電路以及應(yīng)用其的開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域。更具體的說，涉及一種改進的補償電路以及應(yīng)用其的開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
在開關(guān)電源的控制電路中對于補償電路的應(yīng)用比較常見，比較典型的如在直流變換器中，將輸出電壓反饋信號與基準信號輸入至跨導放大器，以得到與這個兩個信號的誤差成固定比例的輸出電流，并利用這個輸出電流對外接補償電容的充電將誤差信號轉(zhuǎn)換為補償信號，后續(xù)的控制電路根據(jù)該補償信號進行相應(yīng)的開關(guān)動作。但由于補償電路需要比較大的補償電容，在工藝上占用了較大的硅片面積，同時額外的電容器和相應(yīng)的引腳提高了設(shè)計的成本，在引腳數(shù)量有限的情況下甚至無法實現(xiàn)。
申請?zhí)枮?01010549557. 2的專利文件中針對上述問題提出了一種減小補償電容的跨導放大器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示。輸入信號IN和參考電壓Vref的誤差信號經(jīng)過第一級放大電路101的放大后輸入到采樣電路102作為電容214的充電電流；偏置生成電路104提供電容214的放電支路和第二級放大電路103的參考信號，通過控制采樣電路中開關(guān)211和開關(guān)212以控制電容214的充放電動作以得到采樣輸出信號，所述采樣輸出信號和參考信號經(jīng)過第二級放大電路103放大輸出充電電流周期性對補償電容充電。上述方案雖然在一定程度上減小了補償電容的容值，減小了芯片面積，但其電路實現(xiàn)比較復雜，除了兩級放大電路外，還需要較多的開關(guān)管和復雜的開關(guān)控制以及額外的偏置生成電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進的補償電路以及應(yīng)用其的開關(guān)電源，克服現(xiàn)有技術(shù)中補償電容占用較大硅片面積、設(shè)計成本較高的問題。依據(jù)本發(fā)明一實施例的一種改進的補償電路，應(yīng)用于一控制電路中，包括跨導放大器、開關(guān)電路和充電電路；其中所述跨導放大器接收第一輸入信號和第二輸入信號，并根據(jù)所述第一輸入信號和第二輸入信號的差值在其輸出端得到一輸出信號；所述開關(guān)電路分別連接至所述跨導放大器的輸出端和所述充電電路，當所述開關(guān)電路處于導通狀態(tài)時控制所述跨導放大器的輸出信號對所述充電電路進行充電，以得到一補償信號。進一步的，所述開關(guān)電路包括第一開關(guān)管，所述第一開關(guān)管的第一功率端和第二功率端分別連接所述跨導放大器的輸出端和所述充電電路，其控制端接收控制信號。進一步的，所述充電電路包括一補償電容，其一端與所述開關(guān)電路連接，另一端接地，其兩端的電壓作為所述補償信號。優(yōu)選的，所述開關(guān)電路的控制信號為占空比一定的方波信號。優(yōu)選的，所述開關(guān)電路的控制信號為占空比變化的方波信號。
進一步的，包括開關(guān)控制電路，用以輸出所述開關(guān)電路的控制信號；所述開關(guān)控制電路包括第一電流源、第二電流源、充放電控制電路和第一電容；其中，所述第一電流源和第二電流源的差值電流對所述第一電容進行充電，所述第一電容通過所述第二電流源進行放電；所述充放電控制電路接收第一閾值信號和第二閾值信號，并控制所述第一電容不間斷的進行充放電動作，當所述第一電容兩端的電壓上升至所述第一閾值信號時，所述開關(guān)電路的控制信號變?yōu)闊o效狀態(tài)，所述第一電容開始放電；當所述第一電容兩端的電壓下降至所述第二閾值信號時，所述開關(guān)電路的控制信號變?yōu)橛行顟B(tài)，所述第一電容開始充電。優(yōu)選的，所述第一電流源和第二電流源的數(shù)值是固定的?！ぁ?br> 優(yōu)選的，所述第一電流源和第二電流源的數(shù)值是變化的。依據(jù)本發(fā)明的一實施例的一種開關(guān)電源，包括功率級電路和控制電路，所述控制電路包括依據(jù)本發(fā)明的任一補償電路、PWM控制電路和驅(qū)動電路；其中所述補償電路接收開關(guān)電源的電壓反饋信號和基準信號作為第一輸入信號和第二輸入信號，并輸出補償信號；所述PWM控制電路接收所述補償信號，并據(jù)此輸出PWM控制信號，并通過所述驅(qū)動電路控制所述功率級電路進行電能轉(zhuǎn)換。優(yōu)選的，所述開關(guān)電源為升壓型變換器、降壓型變換器或升降壓型變換器。依據(jù)本發(fā)明的實施例可以方便地實現(xiàn)一種小容值補償電容的補償電路，無需額外的引腳外接電容，節(jié)省了電路的成本。另外其電路的實現(xiàn)更加簡單易行。本發(fā)明的上述和其它有益效果通過以下優(yōu)選實施例的描述會更顯而易見。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖I為現(xiàn)有的一種減小補償電容的跨導放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為依據(jù)本發(fā)明的實施例的第一示例補償電路的原理框圖；圖3為圖2所示優(yōu)選實施例中補償電路的波形示意圖；圖4為本發(fā)明的實施例的第二示例補償電路的原理框圖；圖5為圖2所示優(yōu)選實施例中開關(guān)控制電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖6所示為依據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的開關(guān)電源電路的原理框圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例進行詳細描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細節(jié)，而對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。另外，為了避免對本發(fā)明的實質(zhì)造成不必要的混淆，并沒有詳細說明眾所周知的方法、過程、流程、元件和電路等。圖2中為依據(jù)本發(fā)明的實施例的第一示例補償電路的原理方框圖；仍以所述補償電路應(yīng)用在開關(guān)電源的控制電路中為例，所述補償電路包括跨導放大器201、開關(guān)電路202和充電電路203 ；其中所述跨導放大器201的輸入端分別接收輸出電壓反饋信號Vfb和參考電壓Vkef作為第一輸入信號和第二輸入信號，并根據(jù)所述第一輸入信號和第二輸入信號的差值得到一輸出電流，其輸出電流的大小可以表示為= gm* (Veef-Vfb)，其中g(shù)m為所述跨導放大器201的跨導系數(shù)。因此，當跨導放大器的輸入端接收的輸出電壓反饋信號Vfb和參考電壓Vkef的差值發(fā)生變化時，所述跨導放大器的輸出電流Lut相應(yīng)變化并對跨導放大器輸出端的內(nèi)阻和寄生電容進行充電得到一充電電壓作為輸出信號V' c ；所述開關(guān)電路202連接在所述跨導放大器201的輸出端和所述充電電路203之 間，當所述開關(guān)電路處于導通狀態(tài)時控制控制所述跨導放大器201的輸出信號V'。對所述充電電路203進行充電以得到補償信號V。；具體的所述開關(guān)電路202包括一第一開關(guān)管，所述充電電路203包括一補償電容；所述第一開關(guān)管的第一功率端和第二功率端分別連接所述跨導放大器201的輸出端和所述補償電容，其控制端接收控制信號。當所述第一開關(guān)管導通時，所述跨導放大器201的輸出信號對所述補償電容充電，所述補償電容的一端接收所述跨導放大器201的輸出信號，另一端接地，其兩端形成的電壓作為所述補償信號V。。為了控制所述開關(guān)電路202 (第一開關(guān)管)的開關(guān)動作，所述補償電路進一步包括開關(guān)控制電路204，用以輸出所述第一開關(guān)管的控制信號以使所述跨導放大器的輸出信號間歇性地對所述補償電容充電。在圖2所示的具有單極點補償?shù)目鐚Х糯笃?，其傳遞函數(shù)為H(S) = gm/Cp，其中C。為所述補償電容的容值。因此在保證傳遞函數(shù)不變的情況下，減小補償電容容值的同時所述跨導系數(shù)gm也要隨之減小。但是控制電路穩(wěn)態(tài)值精準度與所述跨導系數(shù)gm成正比，為了保證一定的控制精度，所述跨導系數(shù)gm必須滿足一定的下限值；另外當所述跨導系數(shù)gm減小時，相應(yīng)的環(huán)路增益減低，整個控制電路的控制誤差勢必增大，綜合以上，直接減小跨導系數(shù)以減小補償電容可能無法實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明的改進的補償電路是在所述跨導放大器201的輸出端和所述充電電路(補償電容)之間接入了一開關(guān)電路，通過控制開關(guān)電路的開通和關(guān)斷使跨導放大器的輸出間歇性地對所述充電電路(補償電容)進行充電。所述第一開關(guān)管的控制信號可以為占空比一定的方波信號，也可以為占空比變化的方波信號。在本實施例中以所述第一開關(guān)管以固定占空比進行開關(guān)動作為例，對其原理進行說明，對應(yīng)的波形示意圖如圖3所示。其中所述第一開關(guān)管的控制信號Vd的占空比可以根據(jù)電路的實際情況選擇相應(yīng)的值，如可以選擇為1/10或以下的數(shù)值，在本實施中，占空比的大小優(yōu)選為5%。通過控制第一開關(guān)管以固定占空比的導通和關(guān)斷對補償電容進行充放電控制，使得所述補償信號V。緩慢上升或緩慢下降。
由此可以看出雖然整個跨導放大器的傳遞函數(shù)保持不變，但由于開關(guān)電路的存在其實際對充電電路輸出的電流與減小跨導放大器的跨導系數(shù)具有等同的效果，等效增大了補償電容，因此所述補償電容相對于現(xiàn)有技術(shù)可以選取較小的容值，減小其占用的芯片面積，無需額外的引腳外接電容，節(jié)省電路的成本，另外電路的實現(xiàn)更加簡單易行。 這里需要說明的是在實際應(yīng)用中，可以在跨導放大器的輸出端連接一電容，其相當與跨導放大器輸出端的寄生電容并聯(lián)，以使得跨導放大器的輸出電流對其內(nèi)阻和寄生電容充電得到的輸出信號的波形更為平緩；另外，由于考慮到電路的體積和成本，其連接的電容一般容值非常小。為了簡化圖形，這部分并沒有在原理框圖中示出。另外，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)教導，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以推知所述開關(guān)電路也不局限于一個開關(guān)管的形式，而是可以有很多種變形，如可以將兩個開關(guān)管串聯(lián)，并控制其占空比的大小能夠?qū)崿F(xiàn)與圖2所示實施例相同的技術(shù)效果。而充電電路也不限于僅由補償電容組成，還可以如圖4所示，利用一電容和一電阻串聯(lián)后，與所述補償電容并聯(lián)連接，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)相同的作用，輸出相應(yīng)的補償信號。這些對于相應(yīng)部分的電路結(jié)構(gòu)的變換、拓展都列入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。 參考圖5中的原理框圖，其具體描述了圖2所示實施例中開關(guān)控制電路204的具體電路結(jié)構(gòu)。所述開關(guān)控制電路204具體包括第一電流源Isi、第二電流源Is2、充放電控制電路501和第一電容C1 ;其中，所述充放電控制電路501進一步包括比較器502、比較器503、RS觸發(fā)器504和開關(guān)管505 ；其中所述第一電流源Isi與開關(guān)管505、第二電流源Is2依次串聯(lián)在供電電源Vcc和地之間，所述第一電容C1與所述第二電流源Is2并聯(lián)連接，因此當所述開關(guān)管505導通時，所述第一電流源Isi和第二電流源Is2的差值電流對所述第一電容C1進行充電，此時所述第一開關(guān)管保持導通；當所述開關(guān)管505關(guān)斷時，所述第一電容C1通過所述第二電流源Is2進行放電，所述第一開關(guān)管保持關(guān)斷；因此所述開關(guān)管505的控制信號即可作為所述第一開關(guān)管的控制信號Vd。所述比較器502的反相輸入端接收第一閾值信號VTH1，同相輸入端接收所述第一電容C1兩端的電壓信號，其輸出端連接至所述RS觸發(fā)器504的復位端R ;所述比較器503的反相輸入端接收所述第一電容C1兩端的電壓信號,其同相輸入端接收第二閾值信號Vth2,其輸出端連接至所述RS觸發(fā)器504的置位端S ;所述RS觸發(fā)器Q端的輸出信號控制所述開關(guān)管505的開關(guān)動作。當所述第一電容C1兩端的電壓上升至所述第一閾值信號Vthi時，所述比較器502輸出高電平信號進而控制所述開關(guān)管505關(guān)斷，所述第一電容C1通過所述第二電流源Is2進行放電，其兩端電壓開始下降；當所述第一電容C1兩端電壓降至所述第二閾值信號Vth2時，所述比較器503輸出高電平信號進而控制所述開關(guān)管505導通，所述第一電流源Isi和第二電流源Is2的差值電流對所述第一電容C1進行充電，其兩端電壓開始上升，如此反復。由此可以看出，所述充放電控制電路501控制所述第一電容C1不間斷的進行充放電動作，其兩端的電壓始終在所述第一閾值信號Vthi和第二閾值信號Vth2之間變化。同時通過設(shè)定所述第一閾值信號Vthi和第二閾值信號Vth2為固定或變化的可以方便的改變所述第一開關(guān)管的開關(guān)頻率為定頻或變頻。由以上描述，我們可以得到如下推論所述控制信號的占空比的大小可以用所述第二電流源與第一電流源的數(shù)值比來表示。因此可以根據(jù)需要設(shè)定所述第二電流源和第一電流源的數(shù)值為固定的以輸出固定占空比的控制信號，或控制所述第二電流源和第一電流源的數(shù)值為可變的以控制所述第一開關(guān)管的控制信號占空比也為可變的。圖6所示為依據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的開關(guān)電源電路，其包括功率級電路和控制電路，所述控制電路包括依據(jù)本發(fā)明的任一合適的補償電路以及PWM控制電路、驅(qū)動電路；其中所述補償電路的輸入端接收開關(guān)電源的電壓反饋信號Vfb和基準信號Vkef作為第一輸入信號和第二輸入信號，并輸出補償信號V。；所述PWM控制電路接收所述補償信號\，并據(jù)此輸出PWM控制信號，并通過所述驅(qū)動電路控制所述功率級電路進行電能轉(zhuǎn)換。所述開關(guān)電源的拓撲結(jié)構(gòu)可以為升壓型變換器、降壓型變換器或升降壓型變換 器；依據(jù)本發(fā)明的跨導放大器所應(yīng)用的開關(guān)電源的拓撲除了所列舉的結(jié)構(gòu)外，其他在此基礎(chǔ)上的變形、組合等變換得到的其他合適的拓撲均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。通過上文對跨導放大器的結(jié)構(gòu)和原理的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以推知對于所述的開關(guān)控制電路中的電流源、充放電控制電路等電路組成部分，能夠?qū)崿F(xiàn)相同的技術(shù)效果的其它技術(shù)或者結(jié)構(gòu)同樣適用于上述實施例。本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施方式
。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了最好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能最好地利用這個發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
權(quán)利要求
1.一種改進的補償電路，應(yīng)用于一控制電路中，其特征在于，包括跨導放大器、開關(guān)電路和充電電路；其中 所述跨導放大器接收第一輸入信號和第二輸入信號，并根據(jù)所述第一輸入信號和第二輸入信號的差值在其輸出端得到一輸出信號； 所述開關(guān)電路分別連接至所述跨導放大器的輸出端和所述充電電路，當所述開關(guān)電路處于導通狀態(tài)時控制所述跨導放大器的輸出信號對所述充電電路進行充電，以得到一補償信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的補償電路，其特征在于，所述開關(guān)電路包括第一開關(guān)管，所述第一開關(guān)管的第一功率端和第二功率端分別連接所述跨導放大器的輸出端和所述充電電路，其控制端接收控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的補償電路，其特征在于所述充電電路包括一補償電容，其一端與所述開關(guān)電路連接，另一端接地，其兩端的電壓作為所述補償信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的補償電路，其特征在于所述開關(guān)電路的控制信號為占空比一定的方波信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的補償電路，其特征在于所述開關(guān)電路的控制信號為占空比變化的方波信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的補償電路，其特征在于進一步包括開關(guān)控制電路，用以輸出所述開關(guān)電路的控制信號； 所述開關(guān)控制電路包括第一電流源、第二電流源、充放電控制電路和第一電容；其中， 所述第一電流源和第二電流源的差值電流對所述第一電容進行充電，所述第一電容通過所述第二電流源進行放電； 所述充放電控制電路接收第一閾值信號和第二閾值信號，并控制所述第一電容不間斷的進行充放電動作，當所述第一電容兩端的電壓上升至所述第一閾值信號時，所述開關(guān)電路的控制信號變?yōu)闊o效狀態(tài)，所述第一電容開始放電；當所述第一電容兩端的電壓下降至所述第二閾值信號時，所述開關(guān)電路的控制信號變?yōu)橛行顟B(tài)，所述第一電容開始充電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的補償電路，其特征在于所述第一電流源和第二電流源的數(shù)值是固定的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的補償電路，其特征在于所述第一電流源和第二電流源的數(shù)值是變化的。
9.一種開關(guān)電源，包括功率級電路和控制電路，其特征在于所述控制電路包括權(quán)利要求1-8所述的任一補償電路、PWM控制電路和驅(qū)動電路； 其中所述補償電路接收開關(guān)電源的電壓反饋信號和基準信號作為第一輸入信號和第二輸入信號，并輸出補償信號； 所述PWM控制電路接收所述補償信號，并據(jù)此輸出PWM控制信號，并通過所述驅(qū)動電路控制所述功率級電路進行電能轉(zhuǎn)換。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述開關(guān)電源為升壓型變換器、降壓型變換器或升降壓型變換器。
全文摘要
依據(jù)本發(fā)明的一種改進的補償電路以及應(yīng)用其的開關(guān)電源，克服了現(xiàn)有技術(shù)中補償電容占用較大硅片面積、設(shè)計成本較高的問題。依據(jù)本發(fā)明的實施例跨導放大器的傳遞函數(shù)保持不變，但由于開關(guān)電路的存在其實際對充電電路輸出的電流與減小跨導放大器的跨導系數(shù)具有等同的效果，等效增大了補償電容，因此所述補償電容相對于現(xiàn)有技術(shù)可以選取較小的容值，減小其占用的芯片面積，無需額外的引腳外接電容，節(jié)省電路的成本，另外電路的實現(xiàn)更加簡單易行。
文檔編號H02M1/42GK102904435SQ20121038983
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者徐孝如, 劉國家 申請人:矽力杰半導體技術(shù)(杭州)有限公司