《电子技术应用》

基于BOOST型DC/DC转换器的斜坡补偿电路

来源:微型机与应用2014年第1期 作者:田 磊1,2
2014/3/17 16:13:35

摘  要: 针对现有斜坡补偿电路复杂、补偿效果不明显的现状,设计了一种用于BOOST型DC-DC变换器的斜坡补偿电路。该电路结构简单,补偿效果好,解决了峰值电流控制模式系统产生的不稳定问题,提高了开关电源的稳定性。基于VIS标准0.4 ?滋m BCD工艺实现,利用Candence软件对核心电路进行仿真。结果表明,该系统可以满足系统稳定性的要求,能稳定输出高精度电压,具有很好的应用价值。
关键词: DC-DC转换器;斜坡补偿;峰值电流模式;动态响应

    峰值电流控制模式的DC-DC变换器因其动态响应快、输出电压稳定,在开关电源中广泛应用。当其占空比小于50%时,系统能够稳定工作;但是当占空比大于50%时,系统就不能稳定工作了。基于此,利用斜坡补偿技术,提出一种基于BOOST型DC-DC变换器的斜坡补偿电路,用以解决系统不稳定的问题。该电路结构简单,实现方便,提高了系统的稳定性。
1 斜坡补偿结构及原理
1.1 BOOST型DC-DC变换器

    BOOST型变换器也被称为升压型变换器[1-2],其传统结构如图1所示。

    参考文献[3]提出,当开关管M导通时,电感L上有电流流过并存储电能,二极管VD截止,电容C给负载提供电能。当开关M截止时,电感L上产生相反的电动势,此时二极管VD导通,电感L通过二极管VD向负载R释放电能,并为电容充电。
1.2 整体电路环路结构
    参考文献[4]指出,峰值电流控制模式的DC-DC变换器具有动态响应快、输出电压稳定等许多优点。因此采用峰值电流控制模式的DC-DC变换器[5],如图2所示。


 

 

2 斜坡补偿电路的实现
2.1 电路原理分析

    本设计的斜坡补偿电路如图4所示。电路正常工作时,基准电流信号I_SLOPE通过电流镜M1、M2、M3、M7镜像到M7的漏极,因此M7漏极电流值为I1不变[9];误差放大器产生的误差放大信号VE通过一个源跟随器(由放大器和MOS管M6组成)将电压跟随到电阻R1上,图4中R和C为放大器的补偿。此时,R1上的电压不变,因此流过R1上的电流I2也不变。SLOPE为OSC模块产生的锯齿波信号,该信号通过R2产生一个锯齿波电流信号I3,电流I3通过电流镜M9、M8镜像到M8的漏极电流I4。由于电流I1不变,因此电流I4的改变导致M6漏极电流I5的改变,由此产生一个锯齿波电流信号,该电流通过电流镜M5、M11镜像为电流I6,再通过MOS管M12输出,最终产生一个斜坡电压VC用于斜坡补偿。
    图4中,TRIM_SLOPE用来调节电流镜M8、M9的比例系数,最终调节输出斜坡电压的幅值。当TRIM_SLOPE为低时,M14导通,M13并联在M5两端,电流镜M5、M11比例系数为2:1;当TRIM_SLOPE为高时,M14截止,电流镜M5、M11比例系数为1:1,实现微调斜坡电压的功能。

    图5是上图斜坡补偿电路中运算放大器的内部电路,该电路采用折叠共源共栅型运放完成相应功能。

    本文针对现有补偿电路结构复杂、补偿效果差的缺陷,设计了一种基于BOOST型DC/DC变换器的斜坡补偿电路。该电路具有电路结构简单、补偿效果稳定的特点。利用VIS标准0.4 μm BCD工艺进行仿真,结果表明,通过该斜坡补偿电路可以满足系统稳定输出的要求。该电路可用于BOOST型DC-DC的LED驱动电路中,具有较高的实用价值。
参考文献
[1] ZHANG Z,THOMSEN O C,ANDERSEN M A E.Softswitched dual-input DC-DC converter combining a boost half-bridge cell and a voltage-fed full-bridge cell[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2013,28(11):4897-4902.
[2] 张彦科,鲍嘉明.一种基于升压DC-DC变化器的白光LED驱动芯片[J].微电子学,2011,41(4):525-527.
[3] 王松林,田锦明,来新泉,等.高效同相的降压-升压DC/DC转换器的控制方法[J].仪表技术与传感器,2006,7(20):54-60.
[4] 罗鹏.采用峰值电流模PWM控制的BOOST型DC-DC转换器的设计[D].西安:西安电子科技大学,2010.
[5] 梁鼎,张小平.新型Buck-Boost矩阵变换器的自抗扰控制策略[J].仪表技术与传感器,2013,4(4):77-80.
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[9] 李帅,张志勇,赵武,等.一种用于Buck DC-DC转换器的自适应斜坡补偿电路[J].电子技术应用,2010,36(2):51-57.

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