本發(fā)明屬于電源管理和穩(wěn)壓控制，尤其涉及一種應用于v2cot控制的dc-dc變換器的自適應紋波補償電路。

背景技術：

1、cot(恒定導通時間)模式dc-dc變換器因其結構簡單和快速瞬態(tài)響應能力，在電子系統(tǒng)中得到了廣泛應用，尤其適用于負載動態(tài)變化較快的場景。然而，由于cot控制模式通常依賴輸出電壓中的紋波信號進行控制，當采用低等效串聯(lián)電阻(esr)的陶瓷電容時，輸出電壓的紋波信號會顯著減小，從而導致控制器難以維持穩(wěn)定運行。這一限制使得cot模式在低esr電容負載的應用中面臨系統(tǒng)穩(wěn)定性不足的問題，因此，紋波補償技術在cot模式dc-dc變換器中顯得尤為關鍵。

2、目前，常見的紋波補償方法包括前饋電容補償和虛擬電感電流紋波注入等。前饋電容補償是一種簡單且實用的方式，其電路僅由一個電容構成。通過合理設置前饋電容的容值，能夠有效提升變換器的抗噪能力，減少控制信號的邊沿抖動，同時降低對輸出電容esr的要求，從而使環(huán)路更易于實現(xiàn)穩(wěn)定性。虛擬電感電流紋波注入則是一種常用于cot控制模式的補償技術，其原理是在控制環(huán)路中引入虛擬電感電流的紋波信號，生成額外的紋波，從而增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)響應性能，確保系統(tǒng)能夠在低esr條件下穩(wěn)定運行。

3、盡管前饋電容和虛擬電感電流補償能夠改善cot模式的紋波信號，它們在穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應方面仍存在一定局限性。前饋電容補償在輸入電壓、輸出電壓或負載發(fā)生變化時，補償效果可能顯著減弱，因此其對系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升較為有限。虛擬電感電流紋波注入雖然在一定程度上優(yōu)化了紋波補償效果，但其設計較為復雜，并且在負載動態(tài)變化時，虛擬電感電流紋波的變化趨勢與輸出電壓的變化趨勢相反。這種反向變化會導致部分輸出電壓變化被紋波信號抵消，無法完全被控制環(huán)路感知，從而影響系統(tǒng)的動態(tài)響應性能。

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種適用于恒定導通時間(cot)控制模式的自適應紋波補償技術。該技術能夠在選用低等效串聯(lián)電阻(esr)電容器的情況下，顯著提高系統(tǒng)在不同輸入輸出電壓及負載跳變條件下的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應性能。

2、技術方案：本發(fā)明的一種應用于v2cot控制的dc-dc變換器的自適應紋波補償電路，該電路包括功率級和控制環(huán)路；所述功率級包括輸入電壓vin、開關管mn1、續(xù)流管mn2、儲能電感l(wèi)、反饋電容cf、輸出電容cout、電阻r11和r12以及負載電阻rl；所述控制環(huán)路包括邏輯和驅動模塊logic&driver、恒定導通時間模塊on_timer、比較器cmp、低通濾波器lpf、誤差放大器ea和補償電路compensation。

3、進一步的，所述輸入電壓vin的正極與開關管mn1的漏極相連，mn1的源極與開關管mn2的漏極相連，并共同形成開關節(jié)點lx，開關節(jié)點lx通過儲能電感l(wèi)連接到輸出節(jié)點vout；開關管mn1的柵極連接邏輯和驅動模塊logic&driver的輸出端vg_up，開關管mn2的柵極接邏輯和驅動模塊logic&driver的另一輸出端vg_dn；mn2的源極接地，輸入電壓vin的負極也接地；開關節(jié)點lx連接低通濾波器lpf輸入端生成輸出信號sw_avg；輸出節(jié)點vout同時連接輸出電容cout和負載電阻rl到地，輸出節(jié)點通過反饋電阻網(wǎng)絡將電壓反饋到反饋節(jié)點vfb；反饋網(wǎng)絡由電阻r11和r12以及并聯(lián)的反饋電容cf組成，其中r11連接輸出節(jié)點和反饋節(jié)點vfb，r12連接反饋節(jié)點vfb與地；反饋節(jié)點電壓vfb連接誤差放大器ea的反相輸入端，參考電壓vref連接誤差放大器的同相輸入端，生成輸出信號vea；vfb連接比較器cmp的反相輸入端，vea連接補償電路compensation輸入端產(chǎn)生輸出信號vcomp，vcomp連接比較器cmp的同相輸入端，比較器cmp的輸出端產(chǎn)生ton信號，連接恒定導通時間模塊on_timer的輸入端,恒定導通時間模塊on_timer的輸出端連接邏輯和驅動模塊logic&driver的輸出端。

4、進一步的，所述補償電路compensation包括電阻r、電容c、運算放大器amp、反相器inv、mos管和觸發(fā)器dff。

5、進一步的，所述補償電路compensation包括：電阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8；電容c1、c2、c3；運算放大器amp1、amp2、amp3；反相器inv1、inv2；mos管m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8、m9、m10、m11、m12、m13、m14；以及觸發(fā)器dff；其中，反饋節(jié)點電壓vlx通過電阻分壓網(wǎng)絡r1和r2分壓后，連接至電阻r3的一端，電阻r3的另一端連接至串聯(lián)的電阻r4和r5，電阻r3、r4、r5的另一端與電容c1、c2、c3并聯(lián)，電容c1、c2、c3的另一端接地，用于濾波，濾波后的信號vlx(dc)連接至運算放大器amp1的正輸入端，amp1的負輸入端連接至其輸出端，形成負反饋；amp1的輸出端連接m3的柵極，m3的漏極連接電源正極vin，其源極通過電阻r6接地，同時生成電流i2；電源正極vin連接m1、m2的源極，m1的柵極連接m2的柵極，漏極連接m3的漏極，m2的漏極連接m4的源極，m4的柵極連接dff的輸出端q，m4源極通過電阻r8接地，形成補償信號vcomp；amp2的正輸入端接vo1，負輸入端連接amp2的輸出端，形成負反饋，amp2的輸出端連接m9的柵極，m9的漏極連接m6的漏極，其源極通過電阻r7接地，形成電壓反饋信號；m6、m7、m8的源極連接vin，m6柵極連接m7、m8的柵極，m7的漏極連接m10的源極，m10的柵極連接vss，漏極接地，m8的漏接連接m12、m13的柵極和m12的漏極，m12、m13的源極接地，m13的漏極連接m11、m14的漏極；m11的柵極接輸入信號s，源極連接放大器amp3的輸出端，放大器amp3的正輸入端連接vcomp，負輸入端連接amp3的輸出端；m14的源極連接m4的漏極，m14的柵極連接反相器inv2的輸出端，inv2的輸入端連接輸入信號s；m5的柵極連接輸入信號vcomplock，漏極連接vcomp，源極接地。

6、進一步的，所述觸發(fā)器dff的使能端連接輸入信號enp，置位端連接輸入信號s，輸入端連接反相器inv1的輸出端cp；反相器的輸入端連接過零檢測信號zcd。

7、有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點：

8、本發(fā)明適用于采用cot控制模式的dc-dc開關變換器，尤其適用于對穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應性能要求較高的場景，例如處理器供電模塊、電池管理系統(tǒng)、以及便攜式電子設備的電源管理等動態(tài)負載變化較快的應用場合。

9、本發(fā)明引入虛擬電感電流的直流分量，該直流分量對負載變化不敏感，能夠提供一個相對穩(wěn)定的信號，從而在負載跳變時幫助維持輸出電壓的穩(wěn)定性。與直接引入電感電流紋波的傳統(tǒng)方法相比，該發(fā)明對負載變化的依賴性更小，從而在不同負載條件下保持更一致的補償效果。

10、本發(fā)明充分利用輸入電壓的實時變化信息，根據(jù)輸入電壓的波動情況自適應調整紋波補償信號的斜率，以動態(tài)優(yōu)化補償效果，從而顯著增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應能力。這種基于輸入電壓動態(tài)調整的補償方法，使系統(tǒng)在各種輸入輸出條件下均能保持優(yōu)異的性能表現(xiàn)。

11、本發(fā)明增加對輸入電壓的反饋：在傳統(tǒng)反饋信號的基礎上，引入輸入電壓的信息以增強紋波補償效果。通過實時感知輸入電壓的變化，動態(tài)調整補償信號，使系統(tǒng)能夠在不同輸入電壓條件下保持良好的紋波補償性能，從而克服傳統(tǒng)方法在輸入電壓變化情況下的補償局限性。

12、本發(fā)明增強系統(tǒng)的負載適應性：引入虛擬電感電流中的直流分量，該分量對負載變化不敏感。在負載跳變時，該直流量能夠幫助維持輸出電壓的穩(wěn)定性，同時改善不同輸出電壓下的紋波補償效果。即使在負載突變或輸出電壓不同的情況下，系統(tǒng)仍然能夠保持穩(wěn)定，避免電壓發(fā)生大幅波動。

13、本發(fā)明的補償方法克服了傳統(tǒng)紋波補償在不同輸入輸出電壓和負載條件下的效果限制，顯著提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和動態(tài)響應性能。通過在控制環(huán)路中優(yōu)化紋波補償信號，本發(fā)明使cot模式能夠在復雜的輸入輸出電壓和負載環(huán)境下穩(wěn)定運行。進一步地，該技術允許選用低esr的電容器以降低輸出電壓紋波，從而在保證穩(wěn)定性的同時優(yōu)化了系統(tǒng)的整體性能和成本效益。