[发明专利]基于COT控制的内部纹波补偿电路及其控制方法

说明书

本发明涉及基于COT控制的内部纹波补偿电路及控制方法，所述电路的输出端电压的分压作为反馈电压作用于比较器，反馈电压与比较器的基准电压比较；比较器得到的输出信号作用于RS触发器用来控制功率管导通或整流管导通；当输出端电压低于预设电压时，反馈电压低于基准电压，功率管导通、整流管截止，电感储能；导通时间控制电路开始计时；到达预设时间后，导通时间控制电路控制RS触发器，使功率管截止、整流管导通，电感对输出电容释放能量，纹波补偿电路产生纹波电压；纹波电压使反馈电压大于基准电压，避免电路因输出电容的串联电阻过小而出现次谐波振荡。

技术领域

本发明涉及电源领域，具体涉及一种基于COT控制的内部纹波补偿电路及其控制方法。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，作为电子系统心脏的电源也获得了空前进展。开关电源和线性电源是现代电子电源发展的两个主要方面，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等电子设备。随着对开关电源的要求越来越高，控制电路的研究成为人们关注的热点。为了保证电子设备高效、可靠的工作，需要其供电电源具有高轻载效率和快速的负载瞬态响应速度，传统脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)开关变换器控制技术，如电压型控制和电流型控制，无法满足该要求。恒定导通时间(Constant On-Time，COT)控制技术是一种脉冲频率调制(PulseFrequency Modulation，PFM)控制技术。它使幵关变换器的功率开关管在一个固定的时间间隙内导通，通过控制关断时间实现控制信号占空比的调节，以维持输出电压的稳定。与传统PWM控制技术相比，基于输出纹波的COT控制具有轻载效率高、瞬态响应速度快、控制环路简单等优点，在工业界和学术界得到了广泛的关注和研究。但是输出电容的容性特征导致输出电压相对于电流信息存在一定的相位滞后特性，因此对于直接利用输出电压的纹波进行控制的变换器系统来说，足够大的输出电容的等效串联电阻ESR是系统稳定所必需的条件。这样就要求输出电容的ESR不能太小，当输出电容的ESR较小时，COT控制的开关变换器系统将会出现次谐波振荡现象，这样不但没有达到减小输出电压纹波的目的，反而恶化了输出电压纹波。

在一些紧凑型、高性能的电子产品中，需要对供电电压的纹波足够小、瞬态响应速度够快，且对整体系统集成度有严格的限制，这样就需要选用具有低ESR、体积小的贴片式钽电容或者陶瓷电容。为了解决开关变换器系统对ESR的依赖，往往需要控制系统对自身的输出电压纹波进行补偿以弥补输出电压ESR纹波的不足，从而增加系统在低ESR应用中的稳定性。传统的补偿方法是在变换器电感两端并联分立元件构建纹波产生电路，实现一个幅值满足要求且与电感电流同频同相的纹波信号，最后叠加在反馈信号FB端以保证控制系统稳定工作。可见传统的补偿方法往往需要使用额外的外部元器件来实现补偿，这样就增加了整个控制系统的复杂程度与成本。

传统技术的不足之处在于：由于使用外部分立元器件实现纹波补偿，纹波补偿参数受外围元器件变化影响，补偿效果不能达到最优，且增加了整个系统复杂度和成本的上升，从而降低市场的竞争力。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术不足，提供一种通过在芯片内部增加PMOS管M₃、电阻R_C和电容C_C的集成元件，即可实现纹波补偿电路，增强COT控制系统的环路稳定性、电路集成一致性高，从而使得系统稳定性设计具有均一性且基于COT控制的内部纹波补偿电路。本发明的另一目的是提供一种在芯片内部增加集成元件实现纹波补偿，无需使用外部分立元器件实现纹波补偿且基于COT控制的内部纹波补偿电路的控制方法。