專利名稱：一種改進的補償電路以及應用其的開關電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域。更具體的說，涉及一種改進的補償電路以及應用其的開關電源。
背景技術：
在開關電源的控制電路中對于補償電路的應用比較常見，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換為補償信號，后續的控制電路根據該補償信號進行相應的開關動作。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的引腳提高了設計的成本，在引腳數量有限的情況下甚至無法實現。
申請號為201010549557. 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，其結構示意圖如圖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211和開關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，但其電路實現比較復雜，除了兩級放大電路外，還需要較多的開關管和復雜的開關控制以及額外的偏置生成電路。
發明內容
本發明的目的在于提供一種改進的補償電路以及應用其的開關電源，克服現有技術中補償電容占用較大硅片面積、設計成本較高的問題。依據本發明一實施例的一種改進的補償電路，應用于一控制電路中，包括跨導放大器、開關電路和充電電路；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，當所述開關電路處于導通狀態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，所述開關電路包括第一開關管，所述第一開關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，其一端與所述開關電路連接，另一端接地，其兩端的電壓作為所述補償信號。優選的，所述開關電路的控制信號為占空比一定的方波信號。優選的，所述開關電路的控制信號為占空比變化的方波信號。
進一步的，包括開關控制電路，用以輸出所述開關電路的控制信號；所述開關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，所述開關電路的控制信號變為無效狀態，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，所述開關電路的控制信號變為有效狀態，所述第一電容開始充電。優選的，所述第一電流源和第二電流源的數值是固定的。··
優選的，所述第一電流源和第二電流源的數值是變化的。依據本發明的一實施例的一種開關電源，包括功率級電路和控制電路，所述控制電路包括依據本發明的任一補償電路、PWM控制電路和驅動電路；其中所述補償電路接收開關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，并據此輸出PWM控制信號，并通過所述驅動電路控制所述功率級電路進行電能轉換。優選的，所述開關電源為升壓型變換器、降壓型變換器或升降壓型變換器。依據本發明的實施例可以方便地實現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，節省了電路的成本。另外其電路的實現更加簡單易行。本發明的上述和其它有益效果通過以下優選實施例的描述會更顯而易見。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖I為現有的一種減小補償電容的跨導放大器的結構示意圖；圖2為依據本發明的實施例的第一示例補償電路的原理框圖；圖3為圖2所示優選實施例中補償電路的波形示意圖；圖4為本發明的實施例的第二示例補償電路的原理框圖；圖5為圖2所示優選實施例中開關控制電路的電路結構圖；圖6所示為依據本發明的一優選實施例的開關電源電路的原理框圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的幾個優選實施例進行詳細描述，但本發明并不僅僅限于這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。另外，為了避免對本發明的實質造成不必要的混淆，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中為依據本發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用在開關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gm為所述跨導放大器201的跨導系數。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的差值發生變化時，所述跨導放大器的輸出電流Lut相應變化并對跨導放大器輸出端的內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，當所述開關電路處于導通狀態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。；具體的所述開關電路202包括一第一開關管，所述充電電路203包括一補償電容；所述第一開關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。。為了控制所述開關電路202 (第一開關管)的開關動作，所述補償電路進一步包括開關控制電路204，用以輸出所述第一開關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的跨導放大器，其傳遞函數為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不變的情況下，減小補償電容容值的同時所述跨導系數gm也要隨之減小。但是控制電路穩態值精準度與所述跨導系數gm成正比，為了保證一定的控制精度，所述跨導系數gm必須滿足一定的下限值；另外當所述跨導系數gm減小時，相應的環路增益減低，整個控制電路的控制誤差勢必增大，綜合以上，直接減小跨導系數以減小補償電容可能無法實現。依據本發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)之間接入了一開關電路，通過控制開關電路的開通和關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管以固定占空比進行開關動作為例，對其原理進行說明，對應的波形示意圖如圖3所示。其中所述第一開關管的控制信號Vd的占空比可以根據電路的實際情況選擇相應的值，如可以選擇為1/10或以下的數值，在本實施中，占空比的大小優選為5%。通過控制第一開關管以固定占空比的導通和關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保持不變，但由于開關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有技術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，節省電路的成本，另外電路的實現更加簡單易行。 這里需要說明的是在實際應用中，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，以使得跨導放大器的輸出電流對其內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，根據本發明的技術教導，本領域的技術人員可以推知所述開關電路也不局限于一個開關管的形式，而是可以有很多種變形，如可以將兩個開關管串聯，并控制其占空比的大小能夠實現與圖2所示實施例相同的技術效果。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后，與所述補償電容并聯連接，同樣能夠實現相同的作用，輸出相應的補償信號。這些對于相應部分的電路結構的變換、拓展都列入本發明的保護范圍之內。 參考圖5中的原理框圖，其具體描述了圖2所示實施例中開關控制電路204的具體電路結構。所述開關控制電路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觸發器504和開關管505 ；其中所述第一電流源Isi與開關管505、第二電流源Is2依次串聯在供電電源Vcc和地之間，所述第一電容C1與所述第二電流源Is2并聯連接，因此當所述開關管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，此時所述第一開關管保持導通；當所述開關管505關斷時，所述第一電容C1通過所述第二電流源Is2進行放電，所述第一開關管保持關斷；因此所述開關管505的控制信號即可作為所述第一開關管的控制信號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觸發器504的置位端S ;所述RS觸發器Q端的輸出信號控制所述開關管505的開關動作。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管505關斷，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管的開關頻率為定頻或變頻。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值比來表示。因此可以根據需要設定所述第二電流源和第一電流源的數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值為可變的以控制所述第一開關管的控制信號占空比也為可變的。圖6所示為依據本發明的一優選實施例的開關電源電路，其包括功率級電路和控制電路，所述控制電路包括依據本發明的任一合適的補償電路以及PWM控制電路、驅動電路；其中所述補償電路的輸入端接收開關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\，并據此輸出PWM控制信號，并通過所述驅動電路控制所述功率級電路進行電能轉換。所述開關電源的拓撲結構可以為升壓型變換器、降壓型變換器或升降壓型變換 器；依據本發明的跨導放大器所應用的開關電源的拓撲除了所列舉的結構外，其他在此基礎上的變形、組合等變換得到的其他合適的拓撲均在本發明的保護范圍之內。通過上文對跨導放大器的結構和原理的描述，本領域技術人員可以推知對于所述的開關控制電路中的電流源、充放電控制電路等電路組成部分，能夠實現相同的技術效果的其它技術或者結構同樣適用于上述實施例。本發明優選實施例只是用于幫助闡述本發明。優選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施方式
。顯然，根據本說明書的內容，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明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能最好地利用這個發明。本發明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
權利要求
1.一種改進的補償電路，應用于一控制電路中，其特征在于，包括跨導放大器、開關電路和充電電路；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，當所述開關電路處于導通狀態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.根據權利要求I所述的補償電路，其特征在于，所述開關電路包括第一開關管，所述第一開關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.根據權利要求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.根據權利要求I所述的補償電路，其特征在于所述開關電路的控制信號為占空比一定的方波信號。
5.根據權利要求I所述的補償電路，其特征在于所述開關電路的控制信號為占空比變化的方波信號。
6.根據權利要求I所述的補償電路，其特征在于進一步包括開關控制電路，用以輸出所述開關電路的控制信號； 所述開關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，所述開關電路的控制信號變為無效狀態，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，所述開關電路的控制信號變為有效狀態，所述第一電容開始充電。
7.根據權利要求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值是固定的。
8.根據權利要求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值是變化的。
9.一種開關電源，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利要求1-8所述的任一補償電路、PWM控制電路和驅動電路； 其中所述補償電路接收開關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，并據此輸出PWM控制信號，并通過所述驅動電路控制所述功率級電路進行電能轉換。
10.根據權利要求9所述的開關電源，其特征在于，所述開關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
依據本發明的一種改進的補償電路以及應用其的開關電源，克服了現有技術中補償電容占用較大硅片面積、設計成本較高的問題。依據本發明的實施例跨導放大器的傳遞函數保持不變，但由于開關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有技術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，節省電路的成本，另外電路的實現更加簡單易行。
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 優先權日2012年10月15日
發明者徐孝如, 劉國家 申請人:矽力杰半導體技術(杭州)有限公司