[发明专利]一种恒定补偿输出纹波的控制技术

说明书

本公开提供了一种恒定补偿输出纹波的控制技术，能在应用有该技术的功率变换器中利用其控制电路中的斜坡补偿电路根据导通控制信号的脉冲宽度确定斜坡补偿信号的宽度，以产生恒定幅度的斜坡补偿信号；以及利用第一比较器接收输出电压的反馈电压信号、预设的第一参考电压信号和前述斜坡补偿信号以产生比较信号；而后利用定时脉冲发生器根据该比较信号产生基于功率变换器输入电压和输出电压的开关控制信号，在功率开关管导通固定时间后，则利用生成的开关控制信号控制其断开，且控制续流管导通。由此可以满足给定的负载瞬态响应速度，提升斜坡补偿信号在输入/输出变化时的补偿精度，改善功率变换器系统的负载效应，并提高其稳定性。

技术领域

本公开涉及开关电源技术领域，具体涉及一种恒定补偿输出纹波的控制技术。

背景技术

随着电路电子技术的进步，开关电源不断向高功率密度、高效率、高可靠性方向发展。在各种电子产品的开关电源中，广泛地使用功率变换器。功率变换器可以采用多种拓扑，例如升压（boost）、降压（buck）、升压-降压（boost-buck）、正激式(forwardconverter)、反激式（fly buck）拓扑。在工作期间，功率变换器例如采用PWM调制(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)方式控制开关管的导通状态，从而控制从输入端到输出端的电能传输，以提供稳定的输出电压和/或电流。

在采用PWM控制方式时，功率变换器可以基于恒定开关周期或恒定导通时间(Constant on time，COT)的控制方式实现开关控制信号的占空比调节，从而获得期望的输出电压和/或电流。由于无需传统电压/电流模式DC/DC控制中的补偿网络，变换器的设计更加简单，因为元器件变得更少，也无需花费很多时间来调整补偿值。可靠的COT工作模式要求反馈节点上的输出电压斜坡足够大以保证无抖频工作，因此采用恒定导通时间控制方式的功率变换器具有更快速的瞬态响应特性，且可以有更好的EMI特性，故采用恒定导通时间控制方式的功率变换器广泛地应用于各种电子产品中。

以buck拓扑结构为例，如图1所示，在现有技术中一种常见的基于恒定导通时间控制的功率变换器10包括功率级电路、驱动电路110和控制电路100，其中，功率级电路包括功率开关管Q1、续流管Q2和电感Ls，所述功率变换器接收输入电压Vin通过该功率级电路转换为期望的输出电压Vout供给负载，通过串联电阻R1和R2的中间节点来提供采样输出电压V_FB，然后将输出电压Vout的纹波谷值直接与参考电压Vref1进行对比，利用比较器102输出来触发定时脉冲发生器101，生成固定的导通时间脉冲PWM，并利用驱动电路110的控制在导通时间脉冲PWM到期后，将驱动管Q1关断（且续流管Q2导通）。如果输出电容Co具有足够的等效串联电阻(ESR)，则由该ESR产生的反馈斜坡电压主导电感的较小串联电阻。

在功率变换器10的输出端都连接有输出电容Co，用于对输出电压Vout进行滤波以获得平滑的波形。由于输出电容Co的容性特性，功率变换器10的输出电压Vout相对于电感电流I_SW存在一定的相位滞后，故需要足够等效串联电阻(ESR)的输出电容才能保证系统稳定工作，这也导致输出纹波较大。在将功率变换器用于提供CPU、服务器等高端功能芯片所需的供电电压(输出电压Vout)时，要求供电电压的纹波足够小。为了减小供电电压的纹波，一方面可以选取体积小、ESR小的陶瓷电容或贴片钽电容，另一方面需要在功率变换器的芯片内和芯片外采用附加的纹波补偿模块以满足系统稳定性的要求，如图2所示。