摘 要：本文通过分析固定频率、峰值电流模式升压dc-dc变换器中斜坡补偿的基本原理，提出了一种简单实用的斜坡补偿电路。该电路利用恒定电流充放电型振荡器产生的斜坡电压信号，通过一个v-i电路转换成可作为斜率补偿用的斜坡电流信号。

　　关键词：峰值电流模式；振荡器；斜坡补偿

引言
　　开关电源按控制模式可以分为电压模式和电流模式两大类。相比电压模式而言，电流模式因动态响应快、补偿电路简单、增益带宽大、易于并行输出等优点而获得广泛应用。但是，在峰值电流模式中存在如下问题：占空比大于50%时系统的开环不稳定；由于峰值电流而非平均电感电流而产生的系统开环不稳定性；次谐波振荡；抗干扰能力差，特别是当电感中的纹波电流成分很小时，这种情况更为严重。解决上述问题的办法很简单，就是增加一个斜坡补偿电路。本文介绍了固定频率、峰值电流模式升压dc-dc变换器斜坡补偿的基本原理，设计了一种简单实用的斜坡补偿电路。

斜坡补偿的基本原理
　　i_sense是对功率开关管的电流采样，相当于对ton时间内电感电流的采样。将采样电流i_sense转换成电压信号vi，再输入到pwm比较器，与误差放大器的输出vea比较，从而控制功率开关管的导通与关断，实现稳定输出电压的功能。显然，误差放大器的输出vea确定了电感电流的峰值，这里假设这个电流为iref。
首先考虑无斜坡补偿的情况。

　　从t=nt到t=(n+1)t的一个周期内(t为开关周期)，电感电流线性上升到iref，然后开始下降。设t=nt时的电感电流为in，t=(n+1)t时电感电流为in+1，输出电压为v，占空比为d。

　　若考虑稳态情况下电流in存在的微小扰动，由升压公式v/vin=1/(1-d)，并且忽略公式(2)中后两项in的高阶项，则有：

　　设l=-d/(1-d)，则为使系统稳定，l必须满足-1现在考虑叠加一个斜率为mc的斜坡补偿电流信号到电感电流上的情况，这里mc>0。这时，对电感电流上升和下降两种情况列方程得：

　　要想使系统稳定，则l必须满足-1由公式(4)可以发现叠加一个正的斜坡信号(mc)到电感电流上相当于叠加一个负的斜坡信号(-mc)到iref上，即：

　　在占空比d一定的情况下，若d<0.5，则不需要斜率补偿即可实现系统稳定；若d>0.5，则要获得系统稳定，补偿的斜率大小应满足：

斜坡补偿电路的设计和实现
　　斜坡补偿的实现可以通过对一个斜坡电流信号i_slope和电感电流采样信号i_sense求和，然后输入到一个i-v电路产生vi，再和误差放大器的输出vea进行比较以设定占空比，稳定输出电压。采用恒定电流充放电型振荡器可以获得固定频率、固定占空比的时钟脉冲信号和斜率恒定的斜坡电压信号。时钟脉冲信号用来设定电压变换器的工作频率和最大占空比，而且可以使控制电路有效地实现电流模式的逐个脉冲控制。斜坡电压信号可以用来产生作为斜率补偿用的斜坡电流信号i_slope。

振荡器电路
　　其中mp4~mp8、mn6~mn9为比较器，它与反相器inv1、inv2、inv4构成施密特触发器，mp3、mp2为电流源。该振荡器电路需要一个基准电压信号vref来设定施密特触发器的上、下阈值电压，电流源iref用来产生对电容c进行充放电的恒定电流。vref和iref均可由升压变换器系统内部的基准电压源和基准电流源提供。

斜坡补偿信号的产生
　　振荡器中电容c上的电压虽然是斜坡信号，但是电压求和不如电流求和简单，所以采用一个v-i电路把斜坡电压转换成斜坡电流，这样更容易实现斜坡补偿。具体实现电路如图3所示。

　　vl为施密特触发器的下阈值电压；vc为定时电容c两端的电压，vc≥vl。mp11、mp12、mp15是一组电流大小相等的镜像电流源。当vc=vl时，mn19、mn20、mn21的电流相等，即等于电流源的电流值。当vc增大，mp14上的电流减小， mp12上的一部分电流经过r4流向mp13。mn21与mn20是电流镜结构，所以，mn21的电流减小。这时，i_slope就等于流过r4的电流。

　　假设mp11、mp12、mp15完全匹配，mp13、mp14完全匹配，mp19、mp20、mp21完全匹配，ro为mp14的小信号输出电阻：

　　在i1和c固定的情况下，改变r4的阻值大小即可调节i_slope的上升斜率。

　　为了保证升压变换器稳定工作，需要对电感电流叠加一定斜率的补偿信号，并且要满足式(8)的要求。本电路的补偿方法是将i_slope和i_sense一起输入到一个求和电路进行叠加，所以i_slope斜率应满足：
仿真结果与分析
　　在0.8mm的bicmos工艺下，用hspice对振荡器电路和斜坡补偿电路进行仿真。

　　振荡器时钟脉冲clk输出波形、斜坡电压信号vc波形以及斜坡补偿信号i_slope输出波形，其中vdda为3v，vssa为0v，iref为0.5ma，vref为1.24v，由此得到振荡器的频率为622khz。

结语
　　本文通过分析峰值