CN117434993A - 一种与斜坡补偿电压相关的限流值钳位电压产生电路 - Google Patents

一种与斜坡补偿电压相关的限流值钳位电压产生电路 Download PDF

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Abstract

一种与斜坡补偿电压相关的限流值钳位电压产生电路，涉及直流电压变换电路技术领域，其结构为：第一放大器的同相输入端接VSLOPE1电压，反相输入端接第十二NMOS管的漏极，其输出端接第三NMOS管的源极形成参考点H；第二放大器的同相输入端接接电流源IN2，反相输入端接其输出端形成参考点F；参考点F接VO输出端，还通过第三电阻接电流镜；第十二NMOS管的漏极通过第二电阻接参考点F，栅极与漏极短接，源极接参考点H；第三NMOS管的漏极接电流源IN2，栅极与源极短接；第四NMOS管的漏极接电流源IN2，漏极还依次通过第一电阻和第一电容接地，其栅极接芯片关断信号ENN，源极接地。通过本发明解决了大占空比下过流值因斜坡补偿电压的存在而减小的问题。

Description

一种与斜坡补偿电压相关的限流值钳位电压产生电路
技术领域
本发明涉及直流电压变换电路技术领域，特别涉及一种与斜坡补偿电压相关的限流值钳位电压产生电路。
背景技术
传统的电流模DC-DC均采用斜坡补偿技术来实现高占空比下电流环路的稳定。斜坡补偿的原理就是在控制电压VC上减去一个斜率为Sen的电压，或者在检测到的电感电流信号上加上一个斜率为Sen的电压，加入斜坡补偿后占空比大于50％时的不稳定将得到改善。但是斜坡补偿带来了额外的非理想因素即为大占空比下DC-DC的限流值因斜坡电压的存在变小了，即为小占空比下DC-DC的限流值大于大占空比下的限流值。
如图3所示，传统的电流模DC-DC变换器在过流状态时，因加入了斜坡补偿使得不同占空比过流值产生差异。此方案误差放大器输出的过流值钳位电压VEALIMIT为一固定的电压，此电压减去斜坡电压生成了图中VEALIMIT-Sen电压(图中实线电压)，当DC-DC工作在小占空比情况(图中D1)，过流值电压为ILIMIT1，当DC-DC工作在大占空比情况(图中D2)，过流值电压为ILIMIT2，因为斜坡的作用ILIMIT2要小于ILIMIT1，造成过流值不统一。
发明内容
本发明的目的是提供一种与斜坡补偿电压相关的限流值钳位电压产生电路，当负载过重达到限流状态时，误差放大器的输出会被此钳位电压钳位，此钳位电压在一个工作周期内随着斜坡补偿电压的增大而增大，从而解决掉大占空比下过流值因斜坡补偿电压的存在而减小的问题。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种与斜坡补偿电压相关的限流值钳位电压产生电路，其结构为：包括第一放大器、第二放大器、电流镜；
所述第一放大器的同相输入端接VSLOPE1电压，其反相输入端接第十二NMOS管的漏极形成参考点M，其输出端接第三NMOS管的源极形成参考点H；
所述第二放大器的同相输入端接电流源IN2；其反相输入端接其输出端形成参考点F；参考点F接VO输出端；
参考点F还通过第三电阻接所述电流镜；
第十二NMOS管的漏极通过第二电阻接参考点F，栅极与漏极短接，源极接参考点H；
第三NMOS管的漏极接电流源IN2，栅极与源极短接；
第四NMOS管的漏极接电流源IN2，漏极还依次通过第一电阻和第一电容接地，其栅极接芯片关断信号ENN，当芯片关断信号ENN为高时，将第一电容C1电容上的电荷放掉，其源极接地。
进一步，所述第一放大器由第一PMOS管、第二PMOS管、第十三NMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管组成，其中：
第一PMOS管源极接电源电压VIN，栅极与漏极短接，漏极还接第一NMOS管的漏极；
第二PMOS管源极接电源电压VIN，栅极接第一PMOS管的栅极，漏极接第十三NMOS管的栅极以及第二NMOS管的漏极；
第十三NMOS管漏极接电源电压VIN，其源极接第八NMOS管的漏极共同作为第一放大器输出端接第三NMOS管的源极形成参考点H；
第一NMOS管栅极作为第一放大器的同相输入端接VSLOPE1电压，源极接第二NMOS管的源极以及第七NMOS管的漏极；
第二NMOS管的栅极作为第一放大器的反相输入端接第十二NMOS管的漏极形成参考点M；
所述第二放大器由第三PMOS管、第四PMOS管、第十四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管组成，其中：
第三PMOS管源极接电源电压VIN，栅极与漏极短接，漏极还接第五NMOS管的漏极；
第四PMOS管源极接电源电压VIN，栅极接第三PMOS管的栅极，漏极接第十四NMOS管的栅极以及第六NMOS管的漏极；
第十四NMOS管漏极接电源电压VIN，其源极接第十NMOS管的漏极共同作为第二放大器的输出端；
第五NMOS管栅极作为第二放大器的同相输入端接电流源IN2，源极接第六NMOS管的源极以及第九NMOS管的漏极；
第六NMOS管的栅极作为第二放大器的反相输入端接第十四NMOS管源极形成参考点F；参考点F同时接第十NMOS管的漏极；
所述第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管还与第十一NMOS管共同形成了电流镜，其中：
第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管的栅极接第十一NMOS管的栅极，源极接地；
第十一NMOS管的漏极通过第三电阻接参考点F，源极接地。
本发明的有益效果是：
解决了大占空比下过流值因斜坡补偿电压的存在而减小的问题，提高了过流值的精确性。
附图说明
图1是本发明实施例电路框图；
图2是本发明实施例具体电路图；
图3是传统电流模DC-DC斜波补偿带来的限流值差异图；
图4是本发明解决过流值不一致问题的原理说明图；
图5是本发明得到的过流钳位电压波形图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
图1和图2示出，本发明的一种具体实施方式是，一种与斜坡补偿电压相关的限流值钳位电压产生电路，其结构为：包括第一放大器1、第二放大器2、电流镜3；
所述第一放大器1的同相输入端接VSLOPE1电压，其反相输入端接第十二NMOS管MN12的漏极形成参考点M，其输出端接第三NMOS管MN3的源极形成参考点H；
所述第二放大器2的同相输入端接电流源IN2；其反相输入端接其输出端形成参考点F；参考点F接VO输出端；
参考点F还通过第三电阻R3接所述电流镜3；
第十二NMOS管MN12的漏极通过第二电阻R2接参考点F，栅极与漏极短接，源极接参考点H；
第三NMOS管MN3的漏极接电流源IN2，栅极与源极短接；
第四NMOS管MN4的漏极接电流源IN2，漏极还依次通过第一电阻R1和第一电容C1接地，其栅极接芯片关断信号ENN，当芯片关断信号ENN为高时，将第一电容C1电容上的电荷放掉，其源极接地。
本实施例中，所述第一放大器1由第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第十三NMOS管MN13、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8组成，其中：
第一PMOS管MP1源极接电源电压VIN，栅极与漏极短接，漏极还接第一NMOS管MN1的漏极；
第二PMOS管MP2源极接电源电压VIN，栅极接第一PMOS管MP1的栅极，漏极接第十三NMOS管MN13的栅极以及第二NMOS管MN2的漏极；
第十三NMOS管MN13漏极接电源电压VIN，其源极接第八NMOS管MN8的漏极共同作为第一放大器1输出端接第三NMOS管MN3的源极形成参考点H；
第一NMOS管MN1栅极作为第一放大器1的同相输入端接VSLOPE1电压，源极接第二NMOS管MN2的源极以及第七NMOS管MN7的漏极；
第二NMOS管MN2的栅极作为第一放大器1的反相输入端接第十二NMOS管MN12的漏极形成参考点M；
所述第二放大器2由第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第十四NMOS管MN14、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10组成，其中：
第三PMOS管MP3源极接电源电压VIN，栅极与漏极短接，漏极还接第五NMOS管MN5的漏极；
第四PMOS管MP4源极接电源电压VIN，栅极接第三PMOS管MP3的栅极，漏极接第十四NMOS管MN14的栅极以及第六NMOS管MN6的漏极；
第十四NMOS管MN14漏极接电源电压VIN，其源极接第十NMOS管MN10的漏极共同作为第二放大器2的输出端；
第五NMOS管MN5栅极作为第二放大器2的同相输入端接电流源IN2，源极接第六NMOS管MN6的源极以及第九NMOS管MN9的漏极；
第六NMOS管MN6的栅极作为第二放大器2的反相输入端接第十四NMOS管MN14源极形成参考点F；参考点F同时接第十NMOS管MN10的漏极；
所述第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10还与第十一NMOS管MN11共同形成了电流镜3，其中：
第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10的栅极接第十一NMOS管MN11的栅极，源极接地；
第十一NMOS管MN11的漏极通过第三电阻R3接参考点F，源极接地。
本发明针对图3所示传统的电流模DC-DC变换器斜坡补偿技术中非理想因素提出了解决办法，即将固定的限流值钳位电压VEALIMIT变为随着斜坡补偿电压变化的电压，此电压的变化补偿了斜坡补偿电压带来的过流值不一致。其工作原理如图4所示，图4中VEALIMIT为过流值的钳位电压，VEALIMIT减去斜坡补偿电压Sen生成了电压VC,VC电压在DC-DC变换器中高边管导通期间为一常量，因此无论占空比怎样变化，DC-DC的过流值均一致。
本发明电路其钳位电压产生原理如下：
当VSLOPE1为斜坡阶段(即高边管导通阶段，为斜坡上升阶段)，第一放大器1和第二放大器2均工作在调制状态，第一放大器1的同相输入端即MN1栅极电压等于第一放大器1的反相输入端即MN2的栅极电压，等于VO电压。此种工作状态将参考点H的电压调制到比VSLOPE2电压高一个VTH的输出，使得VSLOPE2电压等于VO电压，并且跟随VSLOPE1的输出电压，从而电流限制电压为一直流电平叠加上斜坡补偿电压，即与斜坡补偿电压相关。
当高边管关断，不需要斜坡电压再进行稳定性补偿时，VSLOPE1电压迅速降为0，(此功能通过上级电路打开开关管将VSLOPE1对应电容上的电荷泄放掉)，参考点M的电压下降速度较慢，此时第一放大器1进入比较器模式，参考点H输出低电平，切断第一放大器1和第二放大器2的联系，第二放大器2独立工作在调制模式，流向地的电流源IN2将VSLOPE2电压缓慢放掉一部分，为下个周期的跟随做准备。最终得到的电流限制电压VO为如图5所示：虚线为预设的直流电压VEA0，实线曲线为VSLOPE1电压(斜坡补偿电压，对应图4中Sen电压)，点划线曲线为VSLOPE2电压(对应图4中VEALIMIT电压)。

Claims (2)

1.一种与斜坡补偿电压相关的限流值钳位电压产生电路，其特征在于：包括第一放大器(1)、第二放大器(2)、电流镜(3)；
所述第一放大器(1)的同相输入端接VSLOPE1电压，其反相输入端接第十二NMOS管(MN12)的漏极形成参考点M，其输出端接第三NMOS管(MN3)的源极形成参考点H；
所述第二放大器(2)的同相输入端接电流源IN2；其反相输入端接其输出端形成参考点F；参考点F接VO输出端；
参考点F还通过第三电阻(R3)接所述电流镜(3)；
第十二NMOS管(MN12)的漏极通过第二电阻(R2)接参考点F，栅极与漏极短接，源极接参考点H；
第三NMOS管(MN3)的漏极接电流源IN2，栅极与源极短接；
第四NMOS管(MN4)的漏极接电流源IN2，漏极还依次通过第一电阻(R1)和第一电容(C1)接地，其栅极接芯片关断信号ENN，其源极接地。
2.根据权利要求1所述的一种与斜坡补偿电压相关的限流值钳位电压产生电路，其特征在于：
所述第一放大器(1)由第一PMOS管(MP1)、第二PMOS管(MP2)、第十三NMOS管(MN13)、第一NMOS管(MN1)、第二NMOS管(MN2)、第七NMOS管(MN7)、第八NMOS管(MN8)组成，其中：
第一PMOS管(MP1)源极接电源电压VIN，栅极与漏极短接，漏极还接第一NMOS管(MN1)的漏极；
第二PMOS管(MP2)源极接电源电压VIN，栅极接第一PMOS管(MP1)的栅极，漏极接第十三NMOS管(MN13)的栅极以及第二NMOS管(MN2)的漏极；
第十三NMOS管(MN13)漏极接电源电压VIN，其源极接第八NMOS管(MN8)的漏极共同作为第一放大器(1)输出端接第三NMOS管(MN3)的源极形成参考点H；
第一NMOS管(MN1)栅极作为第一放大器(1)的同相输入端接VSLOPE1电压，源极接第二NMOS管(MN2)的源极以及第七NMOS管(MN7)的漏极；
第二NMOS管(MN2)的栅极作为第一放大器(1)的反相输入端接第十二NMOS管(MN12)的漏极形成参考点M；
所述第二放大器(2)由第三PMOS管(MP3)、第四PMOS管(MP4)、第十四NMOS管(MN14)、第五NMOS管(MN5)、第六NMOS管(MN6)、第九NMOS管(MN9)、第十NMOS管(MN10)组成，其中：
第三PMOS管(MP3)源极接电源电压VIN，栅极与漏极短接，漏极还接第五NMOS管(MN5)的漏极；
第四PMOS管(MP4)源极接电源电压VIN，栅极接第三PMOS管(MP3)的栅极，漏极接第十四NMOS管(MN14)的栅极以及第六NMOS管(MN6)的漏极；
第十四NMOS管(MN14)漏极接电源电压VIN，其源极接第十NMOS管(MN10)的漏极共同作为第二放大器(2)的输出端；
第五NMOS管(MN5)栅极作为第二放大器(2)的同相输入端接电流源IN2，源极接第六NMOS管(MN6)的源极以及第九NMOS管(MN9)的漏极；
第六NMOS管(MN6)的栅极作为第二放大器(2)的反相输入端接第十四NMOS管(MN14)源极形成参考点F；参考点F同时接第十NMOS管(MN10)的漏极；
所述第七NMOS管(MN7)、第八NMOS管(MN8)、第九NMOS管(MN9)、第十NMOS管(MN10)还与第十一NMOS管(MN11)共同形成了电流镜(3)，其中：
第七NMOS管(MN7)、第八NMOS管(MN8)、第九NMOS管(MN9)、第十NMOS管(MN10)的栅极接第十一NMOS管(MN11)的栅极，源极接地；
第十一NMOS管(MN11)的漏极通过第三电阻(R3)接参考点F，源极接地。
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