CN102033562A - 一种线性补偿的rc充电结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线性补偿的RC充电结构，包括由一个电压源、一个电阻和一个电容串联构成的基本RC充电结构、一个对电容上的电压进行实时检测的电容电压检测电路、一个电压-电流转换电路。其中，电容电压检测电路与电压-电流转换电路均与电容电阻的公共端相连。通过实时检测基本RC充电电路中电容上的电压，并将此电压转换成电流叠加到电容上，使电容上的充电电流保持恒定，即电容上的电压线性上升。本发明在传统的RC充电结构基础上，加入了一定的补偿网络，使非线性的RC充电线路线性化。电路实现简单，具有较高的可靠性与可行性，可以广泛地应用于各种需要斜坡电压信号或恒流源充电的产品中。

Description

一种线性补偿的RC充电结构

技术领域

本发明涉及电子***设计、半导体集成电路，具体涉及各种斜坡补偿、电压斜坡信号产生以及大功率电源控制器的产品应用。

背景技术

在传统的设计中，RC串联所实现的电容C上的电压信号为斜率变化的信号，对于需要线性上升的斜坡电压信号，一般需要用到恒定的电流源，提高了电路复杂度，增加了成本。而且，如果需要斜坡电压信号与电阻R上的电压相关，则此时的电流源复杂度又会提高。比如，在自适应导通时间的DC-DC控制器中，需要产生一个与电源电压成正比的电流信号，来确定不同输入电压下的功率管导通时间。如果采用恒定的电流源方式实现，则此电流源不仅要恒定，而且需要与电源电压保持一致，致使该电流源需要进行精密的设计。本发明正是针对这类应用提出对普通的RC充电进行补偿实现恒流源充电。自适应导通时间的DC-DC控制器只是其中的一个简单的应用，本文所提出的发明并不仅仅适用于这一领域，其它需要用到斜坡电压信号或恒流源充电的场合均可采用该方案。

发明内容

针对当前各种电子***对斜坡电压信号或恒流源充电的特殊要求，本发明提出了一种线性补偿的RC充电结构。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

如附图1所示，一种线性补偿的RC充电结构，电阻R的一端70接电源电压或基准电压信号，电容C的一端接地，电阻R与电容C的另外一端作为公共端接在一起。当串联的电阻R与电容C上加入恒定的电压信号后，电容C上的电压开始上升，初始时刻充到电容C的电流为电压信号与电阻R的比值。随着电容C上的电压开始上升，充到电容C上的电流开始下降，致使电容C上的电压上升斜率变小。通过分析，可以发现此处电容C上比初始时刻减小的电流正是与电容C上升的电压信号有关，所以可以将电容C上升的电压检测出来，然后转换成电流叠加到电容C上，使电容C上的充电电流始终保持一致，则电容C上的电压上升斜率也保持不变，实现线性上升。通过此项技术，在简化电路设计和提高集成度的同时，更加有效地线性控制了RC充电结构，可以广泛地应用于各种需要线性斜坡电压的产品中。

上述方案中，所述电容电压检测电路的作用主要是用来检测电容C上的电压上升。初始时刻，即电容C两端的电压为零时，即将充电的电流值为电压信号与电阻R的比值。所述电容C上的充电电流开始下降主要是因为当电容C上的电压开始上升时，电阻R两端的电压开始变小，使流过电阻的电流开始随之减小，即充电到电容C上的电流开始减小，且减小的量值正是电容C上的电压与电阻R的比值，此处的电压检测电路也正是用来检测电容C上的电压。

所述电压-电流转换电路是将电容C上减小的电流补偿回来，因为随着电容C上的电压上升，充到电容C上的电流也在减小。通过上述电压检测电路检测到电容C上的电压后，此处再将该电压转换为电流，加到电容C上，使其减小的电流又重新补偿回来，实现了线性控制。

本发明通过实时检测电容C上的上升电压，然后将其转换为电流信号叠加到电容上，使电容C上减小的电流又精确地补偿回来，实现了电阻电容的线性充电结构，且电路实现简单，精确度容易保证，可靠性较高。

附图说明

图1为本文发明的线性补偿的RC充电结构。

图2为本文发明的一种具体实现实例。

图3为电容上的电压随时间变化示意图。

图4为电容上的电流随时间变化示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明的线性补偿的RC充电结构，图2为一种具体的实现实例。

如图2所示，电阻10与电容20串联形成RC充电回路，电阻的一端接输入电压信号VIN，电容的一端接地。PMOS管30与40以及NMOS管60与70构成电压检测电路；电阻80用来实现电压-电流转换，且电阻80的值与电阻10的值相等。

PMOS管30与40的源极与栅极分别接在一起，且源极均接到电源电压上，栅极同接到PMOS管30的漏极。NMOS管70的漏极接到PMOS管30的漏极，源极接到电阻10与电容20的公共端90，栅极与NMOS管60的栅极接到一起。NMOS管60的漏极与栅极同接到PMOS管40的漏极，NMOS管60的源极接到电阻80的一端。电阻80的另一端接到地上。

微电流源50接到NMOS管60与70的栅极，用于启动电容电压检测电路，之后为了确保精确性，微电流源50被关断。

当输入电压V_IN上电后，经过电阻10对电容20进行充电，初始时刻经过信号线100的充电电流为：

$i_{100}=\frac{V_{\mathrm{IN}}-V_{20}\left(t\right)}{R_{10}}---\left(1\right)$

其中R₁₀为电阻10的阻值，V₂₀(t)为电容20两端的t时刻电压。因为电容20初始时刻的两端电压为0，所以初始时刻的充电电流为电压V_IN与电阻R₁₀的比值。充电一旦开始，电容20两端的电压V₂₀(t)开始上升，假设没有补偿电流，则经过信号线100与110的充电电流相等，随着充电时间的加长，信号线50上的电压不断上升，致使流过电阻10的电流不断减小，即电容上的充电电流不断减小。可以看出，电容上某一时刻的充电电流与初始时刻的充电电流相比，其减小量正是电容电压与电阻R₁₀的比值。所以，通过一定的补偿将减小的这一部分电流再通过其它方式补偿回来，即可实现充电电流恒定，上升电压线性。如图2所示，PMOS管30、40，NMOS管60、70，电阻80以及微电流源50组成了电容20的电压检测电路与电压转换电流电路。

首先，微电流源50是为了启动电压检测电路，启动后即被关掉实现低功耗。由PMOS管30、40与NMOS管60、70构成的负反馈***使NMOS管60与70的源极电压相等，这样就将电容20上的电压采样到NMOS管60源极上，即电阻80两端的电压。然后经过电阻80的转换，使电阻80上的电流为电容电压与电阻80的比值。最后再次通过NMOS管60与70的镜像，使得流过电阻80的电流又通过信号线90叠加到电容20上。由于电阻80与电阻10的值相等，因此电容20上减小的电流又被精确地补偿回来，使得充到电容20上的电流恒为电压V_IN与电阻10的比值，实现了电容充电电流的恒定以及电压的线性上升。如图3所示为补偿前后的充电电流对比，虚线表示补偿前的充电电流，随着充电时间的增加，充电电流越来越小，最终当电容C上的电压充到电压V_IN时，充电电流减小到0。而采用补偿后的电流明显为一条直线，始终保持不变。图4所示为补偿前后的电容电压对比，虚线表示补偿前的电压，随着充电时间的增加，电压上升的斜率越来越小，任意一点的斜率均与相应时刻的电容电压有关。明显可以看出，经过补偿后，实现了充电电流恒定，斜坡电压线性化。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (6)

1.一种线性补偿的RC充电结构，其特征在于，包括电阻R、电容C、电容电压检测电路以及电压-电流转换电路；其中，电阻R与电容C串联，电阻R的公共端50与电容电压检测电路以及电压-电流转换电路相连，电容电压检测电路与电压-电流转换电路通过信号线60)连接。

2.如权利要求1所述一种线性补偿的RC充电结构，其特征在于，所述电阻R与电容C串联实现电容C上的电压线性上升，即电容C上的电流保持恒定。

3.如权利要求1所述一种线性补偿的RC充电结构，其特征在于，所述电容电压检测电路实时检测电容C上的电压变化。

4.如权利要求1所述一种线性补偿的RC充电结构，其特征在于，所述电压-电流转换电路为电容电压检测电路的后续处理单元，其作用是将电压检测电路检测到的电压信号转换为电流。

5.如权利要求1所述一种线性补偿的RC充电结构，其特征在于，所述电压-电流转换电路的输出电流接到电容C上，实现对电容C上充电电流的补偿，实现电容C上充电电流的恒定。

6.如权利要求1所述一种线性补偿的RC充电结构，其特征在于，所述电容C上的充电电流保持恒定，且电流值为电阻上端信号线70的电压值除以电阻R。

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