CN102195469B - 基于峰值检测电流型开关电路的线电压补偿电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于峰值检测电流型开关电路的线电压补偿电路。该基于峰值检测电路的线电压补偿电路包括取样电路和补偿电路。该取样电路用于取样与线电压相关的电压，从而得到与该线电压成线性关系的且成比例缩小的取样电压。该补偿电路与该取样电路相连，用于将由该取样电路输出的取样电压以电信号的方式补偿给该峰值检测电路中比较器同相输入端或反相输入端，以便该电感峰值电流等于理想情况下电感峰值电流。本发明不仅继承了传统峰值检测电流型开关控制电路环路稳定、反映速度快等优点，而且克服了由***延时带来的电感峰值电流不稳定问题，使电感峰值电流恒定不变。本发明能够广泛适用于模拟集成电路中。

Description

基于峰值检测电流型开关电路的线电压补偿电路

技术领域

本发明涉及模拟集成电路，尤其涉及峰值检测电流型开关电路。

背景技术

峰值检测电流型开关控制方式是电源***中一种常用的对电流峰值进行控制的方法，基本原理是通过峰值检测电流型开关电路中的比较器实时检测电感电流值进而控制电感电流峰值为一恒定值。

图1是传统峰值检测电流型开关控制电路结构图。该峰值检测电流型开关控制电路的环路结构简单，无需进行环路补偿，整个环路比较稳定，响应速度也较快。

图1中，若干发光二极管电压值为VC，当功率管MP导通时，电源VIN经过该若干发光二极管、电感L、功率管MP和检测电阻Rset对该电感L充电，直到电阻Rset两端电压(即VCS电压)大于比较器CMP同相端输入电压VREF后，比较器CMP输出低电平信号，该低电平信号通过控制逻辑和驱动电路关断功率管MP，此后电感L开始通过二极管Diode放电，然后流经电阻Rest的电流降为零。此后，功率管MP又在控制信号Vctl控制下重新开启，电感L开始充电，如此反复，从而在比较器CMP输出端产生一个随电源电压VIN可变占空比的开关信号Ton。

理想情况下，流经电感L的电流峰值Ipk0仅由参考电压VREF0和电阻Rset来决定，其值为

$\mathrm{Ipk}0=\frac{\mathrm{VIN}-\mathrm{VC}}{L}\mathrm{Ton}=\frac{\mathrm{VREF}0}{\mathrm{Rset}}---\left(1\right)$

实际电路中，从比较器CMP输出Ton信号到功率管MP关闭总存在一个固定时间Td延迟，直接导致实际得到的电感峰值电流Ipk超过理想情况下峰值电流Ipk0。

实际得到的峰值电流为

$\mathrm{Ipk}=\frac{\mathrm{VIN}-\mathrm{VC}}{L}(\mathrm{Ton}+\mathrm{Td})=\mathrm{Ipk}0+\frac{\mathrm{VIN}-\mathrm{VC}}{L}\mathrm{Td}=\frac{\mathrm{VREF}0}{\mathrm{Rset}}+\frac{\mathrm{VIN}-\mathrm{VC}}{L}\mathrm{Td}---\left(2\right)$

由公式(2)可知，实际得到的电感峰值电流Ipk随输入电压VIN线性变化，因此，虽然传统峰值检测电流型开关电路存在一定优点，但是由于传统峰值检测电流型开关电路***的固有延时，电感峰值电流无法成为真正意义上的恒定值，电感峰值电流比理想情况下高

并且会随着电源电压VIN发生变化。

发明内容

本发明提供了一种能解决以上问题的基于峰值检测电流型开关电路的线电压补偿电路。

在第一方面，本发明提供了一种基于峰值检测电路的线电压补偿电路。该峰值检测电路包括开关电路、第七电阻、电感，且该峰值检测电路通过线电压并经该开关电路、第七电阻对该电感进行充电，并通过比较器比较该电阻两端电压，通过控制该开关电路的开启来控制对该电感充电的结束，以便控制该电感的峰值电流。且该基于峰值检测电路的线电压补偿电路包括取样电路和补偿电路。

该取样电路用于取样与该线电压相关的电压，从而得到与该线电压成线性关系的且成比例缩小的取样电压。该补偿电路与该取样电路相连，用于将由该取样电路输出的取样电压以电信号的方式补偿给该峰值检测电路中比较器同相输入端或反相输入端，以便该电感峰值电流接近于理想情况下的电感峰值电流。

在本发明的一个实施例中，取样电路包括第一电阻、第二电阻，且该第一电阻、第二电阻相互串联，并将该连接点作为该取样电路输出端，以便通过该输出端与该补偿电路相连。

在本发明的另一个实施例中，补偿电路包括第一放大器、第三电阻、第一电流镜、第二电流镜、第二放大器、第五晶体管、第四电阻、第五电阻、第六电阻。该第一电流镜包括第一支路和第二支路，第二电流镜包括第三支路和第四支路，且该第三电阻在该第一支路上。

该第一放大器同相输入端与该第三电阻相连，该第一放大器输出端连接至该第一支路，该第二支路与该第三支路相连。该第二放大器反相输入端为基准电压，同相输入端连接至该第四电阻，输出端与该第五晶体管栅极相连。该第五晶体管、第四电阻、第五电阻、第六电阻串联，且将该第四支路输出至该第四电阻、第五电阻连接点，并将该第五电阻、第六电阻连接点作为该峰值检测电路中比较器同相输入端。

在本发明的又一个实施例中，该补偿电路包括第一放大器、第三电阻、第一电流镜、第二放大器、第五晶体管、第四电阻、第六电阻。且该第一电流镜包括第一支路和第二支路，该第三电阻在该第一支路上。

该第一放大器同相输入端与该第三电阻相连，该第一放大器输出端连接至该第一支路，并将该第二支路连接至该峰值检测电路中的第七电阻。该第二放大器反相输入端为基准电压，同相输入端连接至该第四电阻，输出端与该第五晶体管栅极相连。该第五晶体管、第四电阻、第六电阻串联，且将该第四电阻、第六电阻连接点作为该峰值检测电路中比较器同相输入端。

本发明通过取样电路、补偿电路，解决了传统方法中***时延带来的电感峰值电流不稳定的问题。本发明不仅继承了传统峰值检测电流型开关控制电路环路稳定、反映速度快等优点，而且克服了其自身存在的由延时带来的电感峰值电流不稳定问题，使电感峰值电流恒定不变。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，在附图中：

图1是传统峰值检测电流型开关控制电路结构示意图；

图2是线电压补偿电路结构框图；

图3是本发明一个实施例的线电压补偿电路图；

图4是比较器CMP两端电压对照图；

图5是本发明另一个实施例的线电压补偿电路图；

图6是本发明又一个实施例的线电压补偿电路图；

图7是本发明还一个实施例的线电压补偿电路图。

具体实施方式

图2是线电压补偿电路结构框图。该线电压补偿电路200包括取样电路210、补偿电路220。

取样电路210用于取样与线电压VIN成比例的电压，从而得到与该线电压VIN成线性关系的且成比例缩小的取样电压。

补偿电路220与取样电路210相连，用于将由取样电路210输出的取样电压以电信号的方式补偿给峰值检测电路230，以便电感峰值电流等于理想情况下电感峰值电流IPK0。在本发明的一个实施例中，补偿电路220用于将由取样电路210输出的取样电压转换成取样电流，并将该取样电流以电压的方式补偿给峰值检测电路230。在本发明的另一个实施例中，补偿电路220用于将由取样电路210输出的取样电压直接以电压的方式补偿给峰值检测电路230。

图3是本发明一个实施例的线电压补偿电路图。图3中，取样电路210包括电阻R1、R2，电阻R1、R2串联，电阻R1一端连接至峰值检测电路230中若干发光二极管且其电压值为VC，另一端连接至补偿电路220中的放大器EA1反相端(a点)，则a点电压为

$\mathrm{Va}=(\mathrm{VIN}-\mathrm{VC})\×\frac{R2}{R1+R2}---\left(3\right)$

补偿电路220包括放大器EA1、电阻R3、晶体管M1、M2、M3、M4、放大器EA2、晶体管M5、电阻R4、R5、R6。

放大器EA1同相输入端与电阻R3相连，输出端与晶体管M1相连。晶体管M1、M2构成电流镜，流经晶体管M2电流I2成比例复制流经晶体管M1电流I1，流经晶体管M1电流为

$I1=\frac{V_a}{R3}=(\mathrm{VIN}-\mathrm{VC})\·\frac{R2}{R1+R2}\·\frac{1}{R3}---\left(4\right)$

假定晶体管M1、M2宽长比相等，则流经晶体管M2电流I2等于I1，即

$I2=I1=(\mathrm{VIN}-\mathrm{VC})\·\frac{R2}{R1+R2}\·\frac{1}{R3}---\left(5\right)$

晶体管M3、M2串联，且晶体管M3、M4构成电流镜，则流经晶体管M4电流ICC成比例复制流经晶体管M3电流I3，流经晶体管M4电流ICC成比例复制流经晶体管M2电流I2。假定晶体管M3、M4宽长比相同，则流经晶体管M4电流ICC为

$\mathrm{ICC}=I2=I1=(\mathrm{VIN}-\mathrm{VC})\·\frac{R2}{R1+R2}\·\frac{1}{R3}---\left(6\right)$

放大器EA2反相输入端为基准电压VBG，同相输入端连接至电阻R4及晶体管M5漏极，输出端与晶体管M5栅极相连。晶体管M5、电阻R4、R5、R6相互串联，将电阻R5与电阻R6连接点(d点)作为补偿电路220与峰值检测电路230的连接点，则补偿电路220输出至峰值检测电路的电压Vd为

$\mathrm{Vd}=(\mathrm{VBG}-\mathrm{ICC}*R4)*\frac{R6}{R4+R5+R6}---\left(7\right)$

补偿电路220中d点与比较器CMP同相输入端VREFC相连，则

$\mathrm{VREFC}=\mathrm{Vd}=(\mathrm{VBG}-\mathrm{ICC}*R4)*\frac{R6}{R4+R5+R6}---\left(8\right)$

将公式(6)代入公式(8)可得

$\mathrm{VREFC}=\mathrm{VBG}\frac{R6}{R4+R5+R6}-(\mathrm{VIN}-\mathrm{VC})\frac{R6}{R4+R5+R6}\frac{R4}{R3}\frac{R2}{R1+R2}---\left(9\right)$

其中，VREFC是对峰值检测电路进行电流补偿后比较器CMP同相端的输入电压；VC为峰值检测电路中若干发光二极管电压；VBG为基准电压，电压值稳定，通常为1.2伏；VIN线电压，电压值不稳定。

设未对峰值检测电路230进行电流补偿时比较器CMP同相端输入电压为VREF为

$\mathrm{VREF}=\mathrm{VBG}\frac{R6}{R4+R5+R6}---\left(10\right)$

将公式(10)代入公式(9)可得

$\mathrm{VREFC}=\mathrm{VREF}-(\mathrm{VIN}-\mathrm{VC})\frac{R6}{R4+R5+R6}\frac{R4}{R3}\frac{R2}{R1+R2}---\left(11\right)$

由公式(11)可以看出，相对于未加入线电压补偿电路200而言，比较器CMP同相输入端电压减小了

图4是比较器CMP两端电压对照图。图4中，左侧曲线图是理想情况下，比较器CMP反相端输入电压VCS和同相端输入电压VREF关系曲线，电阻Rset上的峰值电压为IPK0*Rset；中间曲线图是未对峰值检测电路进行补偿时，比较器CMP反相端输入电压VCS和同相端输入电压VREF关系曲线，该反相端输入电压在电感达到理想峰值电流IPK0后为IPK0*Rset，由于***延时Td直接导致其峰值电压继续增大至IPK*Rset；右侧曲线图是对峰值检测电路进行线电压补偿后，比较器CMP反相端输入电压VCS和同相端输入电压VREF关系曲线，由该图可以看出，由于电压VREFC低于理想情况下参考电压VREF0，因此***会提前发出关断信号，设计者可以通过调整参数(如电阻R1、R2、R3)使得经过***延时Td以后，比较器反相端峰值电压等于Rset和理想情况下电感峰值电流的乘积，为Rset*IPK0。

根据公式(2)可知，由***延时Td导致的电压增加值为

根据公式(11)可知，补偿后电压VREFC比理想情况电压VREF0低因此若满足

$\frac{\mathrm{VIN}-\mathrm{VC}}{L}\mathrm{Td}*\mathrm{Rset}=(\mathrm{VIN}-\mathrm{VC})\frac{R6}{R4+R5+R6}\frac{R4}{R3}\frac{R2}{R1+R2}---\left(12\right)$

则在实际情况下(存在***延时Td)，峰值检测电路230的电感峰值电流为理想情况下的峰值电流IPK0。等式(12)可以通过调整参数(如电阻R1、R2、R3)而成立。

图5是本发明另一个实施例的线电压补偿电路图。图5中，补偿电路220包括放大器EA1、电阻R3、晶体管M1、M2、放大器EA2、晶体管M5、电阻R4、R5、R6。

晶体管M1、M2构成电流镜。该补偿电路220中的晶体管M2与峰值检测电路中的电阻Rset相连(连接点为m)，则m点电压Vm为

                Vm＝(I2+I_L)×Rset比较器CMP反相输入端电压VCS为

            VCS＝Vm＝(I2+I_L)×Rset

其中，I_L为峰值检测电路中流经电感L的电流。则比较器CMP同相输入端电压VREFC为

        VREFC＝VCS＝(I2+I_L)×Rset            (13)

根据公式(13)可得，

        VREFC-I2×Rset＝I_L×Rset             (14)

将公式(5)代入公式(14)得，

$\mathrm{VREFC}-(\mathrm{VIN}-\mathrm{VC})\·\frac{R2}{R1+R2}\·\frac{1}{R3}\·\mathrm{Rset}=I_L\×\mathrm{Rset}---\left(15\right)$

调整R1、R2、R3大小使I_L等于理想电感峰值电流IPK0，即使公式

成立，从而实现电感峰值电流为固定常数。

需要说明的是，取样电路也可以与线电压VIN直接相连，而不是连接至峰值检测电路230发光二极管VC端。也就是说，取样电路也可以直接取样VIN。

图6是本发明又一个实施例的线电压补偿电路图。由图6可以看出，取样电路210中的电阻R1直接连接至线电压VIN，即取样电路210直接与线电压VIN相连。

图7是本发明还一个实施例的线电压补偿电路图。由图7可以看出，取样电路210中的电阻R1直接连接至线电压VIN，即取样电路210直接与线电压相连。

显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。

Claims (9)

1.一种基于峰值检测电路的线电压补偿电路，其中，该峰值检测电路包括开关电路(MP)、第七电阻(Rest)、电感(L)，且该峰值检测电路通过线电压(VIN)并经开关电路(MP)、第七电阻(Rest)对电感(L)进行充电，并通过比较器(CMP)比较该电阻(Rest)两端电压，通过控制该开关电路(MP)的开启来控制对电感(L)充电的结束，以便控制该电感(L)的峰值电流，其特征在于，包括取样电路(210)和补偿电路(220)； 

所述取样电路(210)用于取样与线电压(VIN)相关的电压，从而得到与该线电压(VIN)成线性关系的且成比例缩小的取样电压； 

所述补偿电路(220)与该取样电路(210)相连，用于将由该取样电路(210)输出的取样电压以电信号的方式补偿给该峰值检测电路中比较器(CMP)同相输入端(VREFC)或反相输入端(VCS)，以便该电感(L)峰值电流接近于理想情况下电感峰值电流(1PK0)； 

所述取样电路(210)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的公共端与比较器(CMP)的反相输入端(VCS)相连，作为补偿电路(220)的输入端；补偿电路(220)包括第一放大器(EA1)、第三电阻(R3)、第一电流镜、第二电流镜、第二放大器(EA2)、第五晶体管(M5)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)，其中，该第一电流镜包括第一支路和第二支路，第二电流镜包括第三支路和第四支路，且该第三电阻(R3)在该第一支路上； 

该第一放大器(EA1)同相输入端与该第三电阻(R3)相连，该第一放大器(EA1)输出端连接至所述第一支路，该第二支路与该第三支路相连； 

该第二放大器(EA2)反相输入端为基准电压(VBG)，同相输入端连接至该第四电阻(R4)，输出端与该第五晶体管(M5)栅极相连； 

该第五晶体管(M5)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)串联，且将所述第四支路输出至该第四电阻(R4)、第五电阻(R5)连接点，并将该第五电阻(R5)、第六电阻(R6)连接点作为该峰值检测电路中比较器(CMP)同相输入端(VREFC)； 

所述第一电流镜包括第一晶体管(M1)和第二晶体管(M2)，且该第一支路包括该第一晶体管(M1)，该第二支路包括该第二晶体管(M2)。 

2.如权利要求1所述的一种基于峰值检测电路的线电压补偿电路，其特征在于，所述开关电路(MP)为晶体管。 

3.如权利要求1所述的一种基于峰值检测电路的线电压补偿电路，其特征在于，所述取样电路(210)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)，且该第一电阻(R1)、第二电阻(R2)相互串联，并将该连接点作为该取样电路(210)输出端，以便通过该输出端与所述补偿电路(220)相连。 

4.如权利要求3所述的一种基于峰值检测电路的线电压补偿电路其中，该峰值检测电路包括若干串联发光二极管，且该若干发光二极管一端连接至线电压(VIN)另一端与该电感(L)相连，其特征在于，所述第一电阻(R1)连接至该若干串联发光二极管。 

5.如权利要求4所述的一种基于峰值检测电路的线电压补偿电路，其特征在于，所述取样电压为

其中，VIN为线电压，VC为若干发光二极管的电压值，R1为第一电阻，R2为第二电阻。 

6.如权利要求3所述的一种基于峰值检测电路的线电压补偿电路，其特征在于，所述第一电阻(R1)连接至线电压(VIN)。 

7.如权利要求6所述的一种基于峰值检测电路的线电压补偿电路，其特征在于，所述取样电压为

其中，VIN为线电压，R1为第一电阻，R2为第二电阻。 

8.如权利要求1所述的一种基于峰值检测电路的线电压补偿电路，其特征在于，所述第一电流镜包括第一晶体管(M1)和第二晶体管(M2)，且该第一支路包括第一晶体管(M1)，该第二支路包括第二晶体管(M2)；所述第二电流镜包括第三晶体管(M3)和第四晶体管(M4)，且该第一支路包括第三晶体管(M3)，该第二支路包括第四晶体管(M4)。 

9.如权利要求1所述的一种基于峰值检测电路的线电压补偿电路，其特征在于，所述取样电路(210)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)；所述补偿电路(220)包括第一放大器(EA1)、第三电阻(R3)、第一电 流镜、第二放大器(EA2)、第五晶体管(M5)、第四电阻(R4)、第六电阻(R6)，其中，该第一电流镜包括第一支路和第二支路，且该第三电阻(R3)在该第一支路上； 

该第一放大器(EA1)同相输入端与该第三电阻(R3)相连，该第一放大器(EA1)输出端连接至所述第一支路，并将该第二支路连接至该峰值检测电路中的第七电阻(Rest)； 

该第二放大器(EA2)反相输入端为基准电压(VBG)，同相输入端连接至该第四电阻(R4)，输出端与该第五晶体管(M5)栅极相连； 

该第五晶体管(M5)、第四电阻(R4)、第六电阻(R6)串联，且将该第四电阻(R4)、第六电阻(R6)连接点作为该峰值检测电路中比较器(CMP)同相输入端(VREFC)。 

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