一种高性能自适应斜坡补偿电路设计(附件)【字数：7819】
摘 要随着时代的进步和我国科技水平的不断的提高，为了满足人们对便利的追求，许多电子产品越来越趋向于轻小化，非常便于携带，特别是其中一种开关电源产品，这种产品最为明显的轻、小、稳定等的特点让它在实际应用中非常广泛普遍，主要集中在通信设备等相关的各种电子设备中。现如今，这种应用产品方式已经成为电子产业发展的一种趋势，并且也是生存下去所必不可少的。这篇论文主要是通过电流的相关实验验证猜想的正确，而这个猜想就是峰值电流型转换器的电流检测环路在占空比大于0.5的条件下不会出现次谐波振荡，防止次斜坡振荡引发的系统的不稳定，与此同时能够依照其占空比的不断改变而实时的调整补偿斜率，从而加强了DC变换器的带负载能力。采用cadence软件的电路原理图设计工具（Schematic）和电路仿真工具（ADE，Analog Design Environment）设计一种高性能自适应斜坡补偿电路。设计时，采用TSMC0.35umCMOS工艺。
目 录
第一章 研究背景及意义 1
1.1课题研究背景及意义 1
第二章 DC变换器 2
2.1 DCDC变换器控制方式 2
2.1.1 电压控制模式 2
2.1.2 电流模控制模式 4
第三章 自适应斜坡补偿 6
3.1自适应斜坡补偿 6
3.1.1理论介绍及电路设计 6
3.2 仿真验证结果及分析 11
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17 第一章 研究背景及意义
1.1课题研究背景及意义
随着时代的进步和我国科技水平的不断的提高，人们对便利的需求是越来越高，因此许多电子产品的加工制作越来越趋向于轻小化，非常便于携带，特别是其中一种开关电源产品，这种产品最为明显的轻、小、稳定等的特点让它在实际应用中非常广泛普遍，这种产品主要是集中在通信设备等相关的各种电子设备中。现如今，这种应用产品方式已经成为电子产业发展的一种趋势，并且也是生存下去所必不可少的。
定位的不同，一般可以将开关电源的类型分为几种不同的类型，其中我们因这篇论文需要了解的一种类型是按照典型电路的拓扑结构来进行分类的类型，这样可以将直流开关电源基 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
本划分成两大类型，一种是电压控制模式，一种是电流控制模式。同时因为峰值电流控制开关电源具有很多其他方式不具有的优点，比如：电流共享便利、稳定想强、电路设计简单等，所以被管广泛的应用于许多的领域。当然，峰值电流控制开关电源也会拥有一些自身所存在的问题，例如，如果占空比较大，超过某一特定值时，电路就会出现不稳定现象，并且平均电流波动较小，鉴于以上问题，我们必须找出相应的办法来解决这些问题。
在实际生活和应用中，我们必须根据开关电源电路的详细数据通过特定的计算方法算出最适的斜坡补偿量。如果不进行这样的操作，那么在斜坡补偿量超过一定的量时就会降低整体电路的动态响应时间，我们把这种现象称为过补偿现象;与之相反,欠补偿现象就会在斜坡补偿量低于一定量时产生,这样就会导致不能相应的解决峰值电流控制模式中所存在的问题，并且不能是保证电流稳定，甚至会使其不能正常工作。在实际工作中，在计算斜坡补偿量时还需要考虑它的影响因素，其中输入信号和输出信号是必须要考虑的因素，所以为了便于使用，我们可以设计出一个可以自动调节补偿率的电路。但是我们所设计出来的电路是借助于BiCMOS工艺来实现的，电路中依然存在BE结电压，这就会造成斜坡补偿量不精准，还有一个问题就是如果需要再输入电压时就需要多一个电源，这样操作非常繁琐，所以切合实际。
第二章 DC变换器
2.1DCDC变换器控制方式
下文便是对这变换器的两种控制方式的对比以及本文将通过对比得出的结论，最终决定采用哪种方式参与本文对斜坡补偿电路的设计。按照反馈信号的不同，目前可以将电流型DCDC变换器的控制方法主要分为电压控制模式和电流控制模式这两种类型。主要依靠电感电流或者负载电流信号的反馈形成的内环控制和负载电压则形成了外环控制，将这两种控制合在一起形成了所谓的双环控制。
2.1.1电压控制模式
第一个要介绍的就是电压控制模式，这种模式发展时间很早，并且它是最早的应用到开关电源中的一种控制模式，因此电压控制模式成为了科技发展过程中在实际应用最为广泛的一种控制模式。如图所示是电压控制模式中较为典型的一种。。图中Vref是基准电压，震荡器主要是提供输入信号，它的频率和开关频率是一致的，在开关运转的时间周期内输入信号可以上升到最大值。
图1电压模式PWM原理图
电压控制模式的反馈给我们信息是电压，控制的原理也相对较为简单，下面是对其工作原理的具体分析：输出电压经过分压器处理传送到误差放大器的反相端，目的主要是为了将两者的差值放大以便于进行比较，产生误差信号，然后就是通过对Vea和Vramp进行比较，得出占空比可变化为方波，这种方波主要是对功率管起作用的。具体产生的波形图为下图。在Vout增大的时候，Vea则会减小，这样占空比也会随着减小，在一个时间周期内，占空比是与Vea成正相关的，也就是Vea越大，占空比就会随着增大，这样一来也会导致开关管开启时间就会变长，相反，Vea越小，占空比就会随着减小，则会导致开关管开启时间变短。并且Vea与Vout也有一定的必然联系，即如果Vea变大，那么Vout也会随着升高，反之，如果Vea变小，那么Vout则降低。通过这样的运作程序，就会使得输出电压Vout值很稳定并且可以读出。
图2 反馈波形图
我们参照上面对电压控制模式原理的简单分析就可以得出以下的结论：在电压模式控制运作过程中，它的系统设计较为简单，只是一个单反馈的系统，并且只有一个反馈量，即为输出电压。电压模式控制之所以得到广泛的应用是因为其存在很多的优点，比如：系统属于单反馈，设计简单，操作较容易；并且还可以提供良好的噪声裕度，反馈量单一，能够及时发现问题。
但是，电压控制模式在实际应用在还是存在一些问题和不足，比如：响应缓慢，因为反馈信号是输出电压，所以对于所有的输入信息或者在过程中变化的信息必须转化为输出信号才能够被识别和处理，而后才能进行反馈控制的调节，这样繁琐的信号转化，必然使得速度降低；还有一点就是补偿较为复杂，因为输出滤波器对其控制多了相应的程序，必须要有额外的零点补偿，并且环路增益是根据输入电压的变化而发生变化的，这样一来，就会使得补偿变得更加复杂化。
目 录
第一章 研究背景及意义 1
1.1课题研究背景及意义 1
第二章 DC变换器 2
2.1 DCDC变换器控制方式 2
2.1.1 电压控制模式 2
2.1.2 电流模控制模式 4
第三章 自适应斜坡补偿 6
3.1自适应斜坡补偿 6
3.1.1理论介绍及电路设计 6
3.2 仿真验证结果及分析 11
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17 第一章 研究背景及意义
1.1课题研究背景及意义
随着时代的进步和我国科技水平的不断的提高，人们对便利的需求是越来越高，因此许多电子产品的加工制作越来越趋向于轻小化，非常便于携带，特别是其中一种开关电源产品，这种产品最为明显的轻、小、稳定等的特点让它在实际应用中非常广泛普遍，这种产品主要是集中在通信设备等相关的各种电子设备中。现如今，这种应用产品方式已经成为电子产业发展的一种趋势，并且也是生存下去所必不可少的。
定位的不同，一般可以将开关电源的类型分为几种不同的类型，其中我们因这篇论文需要了解的一种类型是按照典型电路的拓扑结构来进行分类的类型，这样可以将直流开关电源基 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
本划分成两大类型，一种是电压控制模式，一种是电流控制模式。同时因为峰值电流控制开关电源具有很多其他方式不具有的优点，比如：电流共享便利、稳定想强、电路设计简单等，所以被管广泛的应用于许多的领域。当然，峰值电流控制开关电源也会拥有一些自身所存在的问题，例如，如果占空比较大，超过某一特定值时，电路就会出现不稳定现象，并且平均电流波动较小，鉴于以上问题，我们必须找出相应的办法来解决这些问题。
在实际生活和应用中，我们必须根据开关电源电路的详细数据通过特定的计算方法算出最适的斜坡补偿量。如果不进行这样的操作，那么在斜坡补偿量超过一定的量时就会降低整体电路的动态响应时间，我们把这种现象称为过补偿现象;与之相反,欠补偿现象就会在斜坡补偿量低于一定量时产生,这样就会导致不能相应的解决峰值电流控制模式中所存在的问题，并且不能是保证电流稳定，甚至会使其不能正常工作。在实际工作中，在计算斜坡补偿量时还需要考虑它的影响因素，其中输入信号和输出信号是必须要考虑的因素，所以为了便于使用，我们可以设计出一个可以自动调节补偿率的电路。但是我们所设计出来的电路是借助于BiCMOS工艺来实现的，电路中依然存在BE结电压，这就会造成斜坡补偿量不精准，还有一个问题就是如果需要再输入电压时就需要多一个电源，这样操作非常繁琐，所以切合实际。
第二章 DC变换器
2.1DCDC变换器控制方式
下文便是对这变换器的两种控制方式的对比以及本文将通过对比得出的结论，最终决定采用哪种方式参与本文对斜坡补偿电路的设计。按照反馈信号的不同，目前可以将电流型DCDC变换器的控制方法主要分为电压控制模式和电流控制模式这两种类型。主要依靠电感电流或者负载电流信号的反馈形成的内环控制和负载电压则形成了外环控制，将这两种控制合在一起形成了所谓的双环控制。
2.1.1电压控制模式
第一个要介绍的就是电压控制模式，这种模式发展时间很早，并且它是最早的应用到开关电源中的一种控制模式，因此电压控制模式成为了科技发展过程中在实际应用最为广泛的一种控制模式。如图所示是电压控制模式中较为典型的一种。。图中Vref是基准电压，震荡器主要是提供输入信号，它的频率和开关频率是一致的，在开关运转的时间周期内输入信号可以上升到最大值。
图1电压模式PWM原理图
电压控制模式的反馈给我们信息是电压，控制的原理也相对较为简单，下面是对其工作原理的具体分析：输出电压经过分压器处理传送到误差放大器的反相端，目的主要是为了将两者的差值放大以便于进行比较，产生误差信号，然后就是通过对Vea和Vramp进行比较，得出占空比可变化为方波，这种方波主要是对功率管起作用的。具体产生的波形图为下图。在Vout增大的时候，Vea则会减小，这样占空比也会随着减小，在一个时间周期内，占空比是与Vea成正相关的，也就是Vea越大，占空比就会随着增大，这样一来也会导致开关管开启时间就会变长，相反，Vea越小，占空比就会随着减小，则会导致开关管开启时间变短。并且Vea与Vout也有一定的必然联系，即如果Vea变大，那么Vout也会随着升高，反之，如果Vea变小，那么Vout则降低。通过这样的运作程序，就会使得输出电压Vout值很稳定并且可以读出。
图2 反馈波形图
我们参照上面对电压控制模式原理的简单分析就可以得出以下的结论：在电压模式控制运作过程中，它的系统设计较为简单，只是一个单反馈的系统，并且只有一个反馈量，即为输出电压。电压模式控制之所以得到广泛的应用是因为其存在很多的优点，比如：系统属于单反馈，设计简单，操作较容易；并且还可以提供良好的噪声裕度，反馈量单一，能够及时发现问题。
但是，电压控制模式在实际应用在还是存在一些问题和不足，比如：响应缓慢，因为反馈信号是输出电压，所以对于所有的输入信息或者在过程中变化的信息必须转化为输出信号才能够被识别和处理，而后才能进行反馈控制的调节，这样繁琐的信号转化，必然使得速度降低；还有一点就是补偿较为复杂，因为输出滤波器对其控制多了相应的程序，必须要有额外的零点补偿，并且环路增益是根据输入电压的变化而发生变化的，这样一来，就会使得补偿变得更加复杂化。
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