斜率补偿控制电路及控制方法、以及开关控制电路与流程

1.本发明属于电力电子技术，涉及一种斜率补偿技术，特别涉及一种斜率补偿控制电路及控制方法、以及开关控制电路。


背景技术：

2.以电流型pwm控制系统为例，当电流型pwm控制系统的占空比超过某个点时，pwm控制系统会在开关频率的次谐波频率点出现振荡。如图1所示，当pwm控制系统中开关管的导通时间ton大于关断时间toff时，流过电感的电流信号ipk将会发生振荡，这将会影响pwm控制系统的稳定性。
3.为了保证pwm控制系统稳定工作，较为常见的技术方案是在pwm控制系统中引入斜率补偿电路，斜率补偿一般是从某个固定起点开始补偿，通常是开关管处于导通状态的开始点开始补偿，或者占空比超过某个点开始补偿。通过对电流信号ipk进行斜率补偿可有效增加pwm控制系统的稳定性。在如图2的情况中，引入了斜率补偿，在斜率补偿的作用下，pwm控制系统中的电流信号ipk(实线的波形)在若干个周期后将趋于稳定。当电流信号ipk受到扰动时，电流信号ipk在初始阶段的变化量为δi0，电流信号ipk将变为图2中虚线的波形。以图2的斜率补偿方式，补偿的效果可能导致斜率补偿幅度过大，pwm控制系统的幅值加上斜率补偿的幅值才是真正的峰值电流ipk1。斜率补偿的幅值过大将影响pwm控制系统对电流信号ipk的有效控制。在不同的pwm控制系统中，往往所需的斜率补偿幅值不尽相同。不合理的斜率补偿幅值设置也会导致pwm控制系统无法稳定工作。
4.有鉴于此，需要提供一种新的结构或控制方法，用于解决上述至少部分问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的一个或多个问题，本发明提出了一种斜率补偿控制电路及控制方法、以及开关控制电路。
6.本发明的一实施方式公开了一种斜率补偿控制电路，用于开关控制电路的斜率补偿，所述斜率补偿控制电路包括：
7.导通时间获取电路，其输入端接收开关管的开关控制信号，用于根据所述开关控制信号获取表征第一导通时间的第一表征信号，所述第一导通时间为通过获取当前开关周期之前的至少一个开关周期的导通时间而获得；
8.运算电路，其输入端耦接所述导通时间获取电路，用于对所述第一表征信号进行运算处理从而输出第一运算信号；以及
9.斜率补偿信号产生电路，其输入端耦接所述运算电路，用于根据所述第一运算信号输出斜率补偿信号。
10.作为本发明的一实施方式，所述导通时间获取电路包括采样保持电路，所述采样保持电路用于根据所述开关控制信号对表征第一导通时间的电信号进行采样保持从而获得第一表征信号。
11.作为本发明的一实施方式，所述导通时间获取电路包括第一计时电路，所述第一计时电路用于根据所述开关控制信号获得当前开关周期之前的至少一个开关周期的导通时间从而获得第一表征信号。
12.作为本发明的一实施方式，所述第一表征信号为时间信号或电压信号。
13.作为本发明的一实施方式，所述运算电路用于对第一表征信号进行运算处理从而使第一运算信号为第一表征信号的k倍，其中，0<k<1。
14.作为本发明的一实施方式，所述导通时间获取电路还用于根据开关控制信号获取表征第二导通时间的第二表征信号，所述第二导通时间为当前开关周期中开关管从开始导通的时刻到当前时刻的导通时间；所述斜率补偿信号产生电路包括：
15.比较电路，其第一输入端耦接所述导通时间获取电路，其第二输入端耦接所述运算电路，用于比较第二表征信号和第一运算信号，并输出比较结果信号以作为斜率补偿的触发条件。
16.作为本发明的一实施方式，所述第一运算信号为时间信号，所述斜率补偿信号产生电路在当前开关周期内的导通时间达到第一运算信号时开始进行斜率补偿。
17.作为本发明的一实施方式，所述导通时间获取电路包括：
18.第一电流源，用于提供第一电流；
19.第一开关，其第一端耦接第一电流源的输出端，其第二端耦接地；
20.第一电容，其第一端耦接第一开关的第一端，其第二端耦接地；
21.第一跟随器，其第一输入端耦接第一电容的第一端，其第二输入端耦接第一跟随器的输出端；
22.第二开关，其第一端耦接第一跟随器的输出端；
23.第二电容，其第一端耦接第二开关的第二端，其第二端耦接地；
24.第二跟随器，其第一输入端耦接第二电容的第一端，其第二输入端耦接第二跟随器的输出端；
25.第三开关，其第一端耦接第二跟随器的输出端；以及
26.第三电容，其第一端耦接第三开关的第二端，其第二端耦接地。
27.作为本发明的一实施方式，所述运算电路的输入端耦接第三电容的第一端；所述斜率补偿信号产生电路包括比较电路，比较电路的第一输入端耦接第一电容的第一端，比较电路的第二输入端耦接运算电路的输出端。
28.本发明的一实施方式还公开了一种开关控制电路，所述开关控制电路用于控制开关管，所述开关控制电路包括如上任一项所述的斜率补偿控制电路。
29.本发明的一实施方式还公开了一种斜率补偿控制方法，用于开关控制电路的斜率补偿，所述斜率补偿控制方法包括：
30.接收开关管的开关控制信号，根据开关控制信号获取表征第一导通时间的第一表征信号，所述第一导通时间为通过获取当前开关周期之前的至少一个开关周期的导通时间而获得；
31.对所述第一表征信号进行运算处理从而输出第一运算信号；以及
32.根据所述第一运算信号输出斜率补偿信号。
33.作为本发明的一实施方式，所述根据开关控制信号获取表征第一导通时间的第一
表征信号的步骤具体包括：根据所述开关控制信号对表征第一导通时间的电信号进行采样保持从而获得第一表征信号。
34.作为本发明的一实施方式，所述根据开关控制信号获取表征第一导通时间的第一表征信号的步骤具体包括：通过对所述开关控制信号进行计时从而获得当前开关周期之前的至少一个开关周期的导通时间，以获得第一表征信号。
35.作为本发明的一实施方式，对所述第一表征信号进行运算处理从而使第一运算信号为第一表征信号的k倍，其中，0<k<1。
36.作为本发明的一实施方式，根据开关控制信号获取表征第二导通时间的第二表征信号，所述第二导通时间为当前开关周期中开关管从开始导通的时刻到当前时刻的导通时间；比较第二表征信号和第一运算信号，并输出比较结果信号以作为斜率补偿的触发条件。
37.作为本发明的一实施方式，所述第一运算信号为时间信号，在当前开关周期内的导通时间达到第一运算信号时开始进行斜率补偿。
38.本发明提出了一种斜率补偿控制电路及控制方法、以及开关控制电路。斜率补偿控制电路用于开关控制电路的斜率补偿。斜率补偿控制电路包括导通时间获取电路、运算电路和斜率补偿信号产生电路。导通时间获取电路的输入端接收开关管的开关控制信号，导通时间获取电路用于根据开关控制信号获取表征第一导通时间的第一表征信号，第一导通时间为通过获取当前开关周期之前的至少一个开关周期的导通时间而获得。运算电路的输入端耦接导通时间获取电路，运算电路用于对第一表征信号进行运算处理从而输出第一运算信号。斜率补偿信号产生电路的输入端耦接运算电路，斜率补偿信号产生电路用于根据第一运算信号输出斜率补偿信号。本发明提出的斜率补偿控制电路及控制方法、以及开关控制电路，能够有效匹配各种应用场景，可自适应地进行斜率补偿，提高了系统的稳定性。
附图说明
39.附图用来提供对本发明的进一步理解，与说明描述一起用于解释本发明的实施例，并不构成对本发明的限制。在附图中：
40.图1示出了一种现有技术的pwm控制系统中流过电感的电流信号的波形示意图；
41.图2示出了另一种现有技术的pwm控制系统中流过电感的电流信号的波形示意图；
42.图3示出了根据本发明一实施例的斜率补偿控制电路的电路结构示意图；
43.图4示出了根据本发明另一实施例的斜率补偿控制电路的电路结构示意图；
44.图5示出了根据本发明又一实施例的斜率补偿控制电路的电路结构示意图；
45.图6示出了根据本发明一实施例的电流信号的波形示意图；
46.图7示出了根据本发明另一实施例的电流信号的波形示意图。
具体实施方式
47.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
48.该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范
围。不同实施例的组合、不同实施例中的一些技术特征进行相互替换，相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
49.说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容，也可通过说明书中实施例所描述的中间电路或部件的连接；间接连接还可包括可实现相同或相似功能的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、信号放大电路、跟随电路等电路或部件的连接。“多个”或“多”表示两个或两个以上。
50.本发明一实施例公开了一种斜率补偿控制电路，斜率补偿控制电路用于开关控制电路的斜率补偿，斜率补偿控制电路包括导通时间获取电路、运算电路和斜率补偿信号产生电路。导通时间获取电路的输入端接收开关管的开关控制信号，导通时间获取电路用于根据开关控制信号获取表征第一导通时间的第一表征信号，第一导通时间为通过获取当前开关周期之前的至少一个开关周期的导通时间而获得。运算电路的输入端耦接导通时间获取电路，运算电路用于对第一表征信号进行运算处理从而输出第一运算信号。斜率补偿信号产生电路的输入端耦接运算电路，斜率补偿信号产生电路用于根据第一运算信号输出斜率补偿信号。本发明提出的斜率补偿控制电路与现有斜率补偿技术的不同之处在于，能够有效匹配各种应用场景，可自适应地进行斜率补偿，使系统能够更快更容易地进入稳定的工作状态，提高了系统的稳定性。
51.在本发明的一实施例中，如图3所示，斜率补偿控制电路10包括导通时间获取电路11、运算电路12和斜率补偿信号产生电路13。导通时间获取电路11的输入端接收开关管的开关控制信号pwm，导通时间获取电路11用于根据开关控制信号pwm获取表征第一导通时间的第一表征信号，第一导通时间为当前开关周期之前的一个开关周期的导通时间，即可以选择当前开关周期之前的某个开关周期。优选的，第一导通时间为当前开关周期的前一个开关周期的导通时间。运算电路12的输入端耦接导通时间获取电路11的输出端，运算电路12用于对第一表征信号进行运算处理从而输出第一运算信号。在本发明的一实施例中，运算电路12用于对第一表征信号进行运算处理从而使第一运算信号为第一表征信号的k倍，其中，0<k<1。在本发明的一实施例中，第一表征信号可以是时间信号，也可以是电压信号。在本实施例中，第一表征信号为时间信号，运算电路12输出的第一运算信号为k*ton_n
‑
1，其中，ton_n
‑
1为当前开关周期的前一个开关周期的导通时间。斜率补偿信号产生电路13的输入端耦接运算电路12的输出端，斜率补偿信号产生电路13用于根据第一运算信号输出斜率补偿信号iramp。
52.在本发明的另一实施例中，导通时间获取电路用于根据开关控制信号获取表征第一导通时间的第一表征信号，第一导通时间为通过获取当前开关周期之前的两个开关周期的导通时间而获得。示例性的，当前开关周期之前的两个开关周期各自的导通时间分别为ton_n
‑
2、ton_n
‑
1，第一导通时间可以等于这两个开关周期的导通时间之和，即第一导通时间等于(ton_n
‑
2) (ton_n
‑
1)。第一导通时间也可以等于这两个开关周期各自的导通时间的平均值，即第一导通时间等于[(ton_n
‑
2) (ton_n
‑
1)]/2。当选择多个开关周期时，可以此类推，此处不再赘述。
[0053]
在本发明的一实施例中，导通时间获取电路包括采样保持电路，采样保持电路用于根据开关控制信号对表征第一导通时间的电信号进行采样保持从而获得第一表征信号。
[0054]
在本发明的一实施例中，导通时间获取电路包括第一计时电路，第一计时电路用于根据开关控制信号获得当前开关周期之前的至少一个开关周期的导通时间从而获得第一表征信号。
[0055]
在本发明的另一实施例中，如图4所示，斜率补偿控制电路20包括导通时间获取电路21、运算电路22和斜率补偿信号产生电路23。斜率补偿信号产生电路23包括比较电路231。导通时间获取电路21的输入端耦接开关控制信号端，开关控制信号端用以提供开关管的开关控制信号pwm。导通时间获取电路21用于根据开关控制信号pwm获取表征第一导通时间的第一表征信号，第一导通时间为当前开关周期的前一个开关周期的导通时间，从而获得第一表征信号ton_n
‑
1。运算电路22的输入端耦接导通时间获取电路21的输出端，运算电路22用于对第一表征信号进行运算处理从而使第一运算信号为第一表征信号的k倍，其中，0<k<1。在本发明的一实施例中，导通时间获取电路21还用于根据开关控制信号pwm获取表征第二导通时间的第二表征信号ton_n'，第二导通时间为当前开关周期中开关管从开始导通的时刻到当前时刻的导通时间。比较电路231的第一输入端耦接导通时间获取电路21的输出端，比较电路231的第二输入端耦接运算电路22的输出端，比较电路231用于比较第二表征信号ton_n'和第一运算信号k*ton_n
‑
1，比较电路231通过比较从而输出比较结果信号以作为斜率补偿的触发条件。当第二表征信号ton_n'达到k*ton_n
‑
1时，将开始进行斜率补偿。在本发明的一实施例中，斜率补偿控制电路用于对开关控制电路所要控制的电感电流进行斜率补偿，斜率补偿控制电路输出斜率补偿信号iramp，从而使系统能够快速地进入稳定的工作状态。其中，电感电流即流过电感的电流信号。需要指出的是，斜率补偿控制电路用于对电感电流进行斜率补偿仅为众多应用场景之中的一个实施例，本发明的斜率补偿控制电路可运用于其他需要使系统稳定工作并适用斜率补偿的控制电路中。
[0056]
在本发明的一实施例中，第一运算信号为时间信号，斜率补偿信号产生电路在当前开关周期内的导通时间达到第一运算信号时开始进行斜率补偿。
[0057]
如图5所示，在本发明的另一实施例中，斜率补偿控制电路包括导通时间控制电路31、运算电路32和斜率补偿信号产生电路33。导通时间获取电路31包括第一电流源i1、第一开关s1、第一电容c1、第一跟随器311、第二开关s2、第二电容c2、第二跟随器312、第三开关s3和第三电容c3。第一电流源i1用于提供第一电流。第一开关s1的第一端耦接第一电流源i1的输出端，第一开关s1的第二端耦接地。第一开关s1的控制端耦接非门的输出端，非门的输入端耦接开关管的开关控制信号pwm。第一电容c1的第一端耦接第一开关s1的第一端，第一电容c1的第二端耦接地。第一跟随器311的第一输入端耦接第一电容c1的第一端，第一跟随器311的第二输入端耦接第一跟随器311的输出端。第二开关s2的第一端耦接第一跟随器311的输出端。第二开关s2的控制端耦接开关管的开关控制信号pwm。第二电容c2的第一端耦接第二开关s2的第二端，第二电容c2的第二端耦接地。第二跟随器312的第一输入端耦接第二电容c2的第一端，第二跟随器312的第二输入端耦接第二跟随器312的输出端。第三开关s3的第一端耦接第二跟随器312的输出端。第三开关s3的控制端耦接非门的输出端，非门的输入端耦接开关管的开关控制信号。第三电容c3的第一端耦接第三开关s3的第二端，第三电容c3的第二端耦接地。
[0058]
在本发明的一实施例中，如图5所示，运算电路32的输入端耦接第三电容c3的第一端。运算电路32对第一表征信号进行运算处理从而使第一运算信号为第一表征信号的k倍，
其中，0<k<1。斜率补偿信号产生电路33包括比较电路331，比较电路331的第一输入端耦接第一电容c1的第一端，比较电路331的第二输入端耦接运算电路32的输出端。比较电路331通过比较从而输出比较结果信号以作为斜率补偿的触发条件。
[0059]
如图5所示，导通时间获取电路31用于根据开关控制信号pwm获取表征第一导通时间的第一表征信号，第一导通时间为当前开关周期的前一个开关周期的导通时间。通过将前一个开关周期的导通时间采样保持到第二电容c2上，当开关管处于关断阶段时将第二电容上的电压vc2传送到第三电容c3上，以此获得第一表征信号。比较电路331的第一输入端实时获取表征第二导通时间的第二表征信号，第二导通时间为当前开关周期中开关管从开始导通的时刻到当前时刻的导通时间。在本实施例中，第二表征信号为电压信号，当表征第二导通时间的第二表征信号达到k倍的第一表征信号时，斜率补偿信号产生电路33将输出斜率补偿信号slope_on，从而对开关控制电路的控制对象进行斜率补偿，从而使系统能够快速进入稳定状态，提高系统的稳定性。
[0060]
如图6所示，在本发明的一实施例中，开关控制电路需要控制所在系统中流过某一器件的电流峰值为iref，需要引入斜率补偿使系统能够快速进入稳定的工作状态。在开关管处于开关周期t1时，开关周期t1内的导通时间为ton1。在开关周期t2内，从开关管开始导通的时刻开始计时直至计时时间达到ton1*k时，斜率补偿控制电路开始进行斜率补偿，斜率补偿信号如图6虚线所示，开关周期t2内的斜率补偿过程在开关管由导通状态转变为关断状态的时刻结束。同理，在开关周期t3内，从开关管开始导通的时刻开始计时直至计时时间达到ton2*k时，斜率补偿控制电路开始进行斜率补偿，开关周期t3内的斜率补偿过程在开关管由导通状态转变为关断状态的时刻结束。需要指出的是，以上仅为介绍本发明实现原理的一实施方式，也可通过表征导通时间的其他技术手段来实现本发明。
[0061]
如图7所示，在本发明的另一实施例中，在开关周期t1’和开关周期t2’时，未引入斜率补偿，此时系统较不稳定。若引入现有技术的非自适应的斜率补偿时，斜率补偿信号的幅值无法有效与系统所工作的状态进行匹配，因此系统仍然较不稳定。当引入本发明的自适应的斜率补偿，在开关周期t3’内，从开关管开始导通的时刻开始计时直至计时时间达到ton2*k时，斜率补偿控制电路开始进行斜率补偿，开关周期t3’内的斜率补偿过程在开关管由导通状态转变为关断状态的时刻结束。之后的开关周期t4’和开关周期t5’等能够以此类推。因此，本发明的斜率补偿控制电路可自适应地进行斜率补偿，使系统能够更快更容易地进入稳定的工作状态，提高了系统的稳定性。
[0062]
本发明的一实施例还公开了一种开关控制电路，开关控制电路用于控制开关管，开关控制电路包括如上任一项所述的斜率补偿控制电路。
[0063]
本发明的一实施例还公开了一种斜率补偿控制方法，用于开关控制电路的斜率补偿，斜率补偿控制方法包括：
[0064]
接收开关管的开关控制信号，根据开关控制信号获取表征第一导通时间的第一表征信号，第一导通时间为通过获取当前开关周期之前的至少一个开关周期的导通时间而获得；
[0065]
对第一表征信号进行运算处理从而输出第一运算信号；以及
[0066]
根据第一运算信号输出斜率补偿信号。
[0067]
本发明提出的斜率补偿控制方法，能够有效匹配各种应用场景，可自适应地进行
斜率补偿，使系统能够更快更容易地进入稳定的工作状态，提高了系统的稳定性。
[0068]
在本发明的一实施例中，导通时间获取电路接收开关管的开关控制信号，导通时间获取电路根据开关控制信号获取表征第一导通时间的第一表征信号，第一导通时间为通过获取当前开关周期之前的至少一个开关周期的导通时间而获得。运算电路对第一表征信号进行运算处理从而输出第一运算信号。斜率补偿信号产生电路根据第一运算信号输出斜率补偿信号。在具体的实施例中，可以选择当前开关周期的前一个开关周期的导通时间作为第一导通时间。
[0069]
在本发明的另一实施例中，根据开关控制信号获取表征第一导通时间的第一表征信号的步骤具体包括：导通时间获取电路根据开关控制信号对表征第一导通时间的电信号进行采样保持从而获得第一表征信号。
[0070]
在本发明的一实施例中，根据开关控制信号获取表征第一导通时间的第一表征信号的步骤具体包括：导通时间获取电路通过对开关控制信号进行计时从而获得当前开关周期之前的至少一个开关周期的导通时间，以获得第一表征信号。
[0071]
在本发明的另一实施例中，运算电路对第一表征信号进行运算处理从而使第一运算信号为第一表征信号的k倍，其中，0<k<1。
[0072]
在本发明的一实施例中，导通时间获取电路根据开关控制信号获取表征第二导通时间的第二表征信号，第二导通时间为当前开关周期中开关管从开始导通的时刻到当前时刻的导通时间；比较电路比较第二表征信号和第一运算信号，并输出比较结果信号以作为斜率补偿的触发条件。
[0073]
在本发明的另一实施例中，第一运算信号为时间信号，在当前开关周期内的导通时间达到第一运算信号时开始进行斜率补偿。
[0074]
本领域技术人员应当知道，说明书或附图所涉逻辑控制中的“高电平”与“低电平”、“置位”与“复位”、“与门”与“或门”、“同相输入端”与“反相输入端”等逻辑控制可相互调换或改变，通过调节后续逻辑控制而实现与上述实施例相同的功能或目的。
[0075]
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。说明书中所涉及的效果或优点等相关描述可因具体条件参数的不确定或其它因素影响而可能在实际实验例中不能体现，效果或优点等相关描述不用于对发明范围进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。