跨导型误差放大器和开关电源制造技术

本发明专利技术公开了一种用于开关电源的跨导型误差放大器和相应的开关电源，开关电源具有反馈电路，并提供反馈电压、参考电压和输出电压。误差放大器包括输出电流产生电路、输入级、两个第一型电流镜和一个第二型电流镜；输出电流产生电路接入到由三级管对构成的输入级，三级管对的两个三极管的发射级均连接到输出电流产生电路的输出端，集电级分别连接到两个第一型电流镜的输入端；两个第一型电流镜的输出端分别接入第二型电流镜的输入端和输出端；输出电流产生电路的输出电流受开关电源的输出电压控制，实现误差放大器的跨导和输出电压成正比，从而实现了在相同的补偿参数下，输出电压变化时系统的带宽不变，对不同输出电压均获得最大的带宽。最大的带宽。最大的带宽。

【技术实现步骤摘要】
跨导型误差放大器和开关电源


[0001]本专利技术属于开关电源
，具体涉及一种跨导型误差放大器和开关电源。

技术介绍

[0002]开关电源由于其高转换效率在供电系统中得到广泛应用。在电流模式开关电源中，常见的拓扑结构有降压型(buck)、升压型(boost)、升降压型(buck
‑
boost)等。其中，采用跨导型运放做误差放大器的结构最为常见。一般地，误差放大器的跨导是固定的。这带来的问题是对于不同的输出电压，如果采用相同的外围补偿参数，开关电源的带宽是随输出电压变化的。为了兼顾较宽的输出电压范围，需要采用较小的带宽以保证所有输出电压下均稳定。
[0003]对于buck、boost和buck
‑
boost等结构，其统一的小信号模型如图1所示。图中ref为参考电压，A1为跨导型误差放大器，其跨导值为gmea。补偿电阻Rcomp和补偿电容Ccomp构成补偿网络。功率级为功率转换电路，一般由开关管和电感组成，对于电流控制型功率级，其等效模型为一个压控电流源，其跨导值为gmps。跨导值gmea和gmps一般由芯片内部设定，为固定值。第一反馈电阻Rfb1和第二反馈电阻Rfb2构成输出电压反馈网络。Cout为输出电容，Rload为输出等效负载电阻。
[0004]根据该小信号模型，系统环路带宽fc可以表示为：
[0005][0006]为了便于使用，减少外围元器件数量以降低系统成本，越来越多的电源芯片或电源模块将补偿元件Rcomp、Ccomp和输出电容Cout集成在芯片或模块内部。用户只需要调节第一反馈电阻Rfb1和第二反馈电阻Rfb2即可得到需要的输出电压Vout。
[0007]在开关电源系统中，为了保持系统的稳定，环路带宽一般不能太宽，比如一般设置fc在开关频率的1/10～1/6左右。而为了获得更快的响应速度，一般希望带宽尽可能的大。从上面的公式可以看出，在外围元件Rcomp和Cout固定的情况下，系统环路带宽fc随输出电压减小而增加。因此，如果Rcomp和Cout固定，用户必须保证最差情况下系统带宽满足稳定性要求，即输出电压最小时系统带宽在开关频率的1/10～1/6左右。此时，当输出高电压时，系统带宽会比较小，从而导致负载瞬态响应较差。
[0008]现有技术方案中，误差放大器的跨导gmea为固定值。图2示出了一种PNP或PMOS做输入级的跨导型误差放大器。其中Iea为固定的电流偏置，Q1、Q2为差分输入对管，可以是PNP或PMOS。
[0009]图3所示为由NMOS或NPN形成的一种典型的N型电流镜。图4所示为一种由PMOS或PNP形成的典型P型电流镜。图5所示为一种由NPN或NMOS做输入差分对管的跨导型误差放大器。其中Q1和Q2为差分输入对管，可以是NPN或NMOS晶体管。
[0010]图6所示为一种典型的电平移位电路。电平移位电路用来实现共模电平的位移以满足误差放大器共模输入范围的需要。
[0011]由小信号模型的系统环路带宽公式可以看出，在外围元件，包括补偿电阻Rcomp和输出电容Cout固定的情况下，系统环路带宽fc随输出电压减小而增加。
[0012]图7显示了现有的某型开关电源在输出电压5V和输出电压1V时的增益曲线。从图7中可以看出，输出电压V
O
＝1V时的带宽大约为输出电压V
O
＝5V时带宽的5倍。

技术实现思路

[0013](一)要解决的技术问题
[0014]本专利技术旨在解决开关电源输出高电压时，系统带宽会比较小，从而导致负载瞬态响应较差的技术问题。
[0015](二)技术方案
[0016]为解决上述技术问题，本专利技术第一方面提出一种用于开关电源的跨导型误差放大器，该开关电源具有反馈电路，并提供反馈电压、参考电压和输出电压，所述跨导型误差放大器包括输出电流产生电路、输入级、两个第一型电流镜和一个第二型电流镜；所述输出电流产生电路接入到所述输入级，该输入级由三级管对构成；所述三级管对的两个三极管的发射级均连接到输出电流产生电路的输出端，集电级分别连接到两个第一型电流镜的输入端；两个第一型电流镜的输出端分别接入第二型电流镜的输入端和输出端；所述输出电流产生电路的输出电流受所述开关电源的输出电压控制。
[0017]根据本专利技术的优选实施方式，所述输出电流产生电路包括第一电流产生电路、第二电流产生电路和电流选择电路；所述第一电流产生电路用于产生第一电流，所述第二电流产生电路用来产生第二电流，所述电流选择电路用于根据误差放大器的输出电压来选择所述第一电流或所述第二电流作为输出电流；所述第一电流为恒定电流；所述第二电流与所述开关电源的输电电压成正比；所述电流选择电路控制所述输出电流产生电路输出的所述输出电流，以使得当所述开关电源的输出电压小于或等于最小参考电压时，输出所述第一电流，当所述开关电源的输出电压大于所述最小参考电压时，输出所述第二电流。
[0018]根据本专利技术的优选实施方式，所述第二电流产生电路包括运算放大器、第一MOS管、第一电阻和P型电流镜；第一MOS管为PMOS管，其发射极连接至运算放大器的负输入端，且经由第一电阻接地，第一MOS管的基极连接至运算放大器的输出端，集电极连接至P型电流镜的输入端；所述运算放大器的正输入端接入误差放大器的输出电压，P型电流镜的输出端用于输出所述第二电流。
[0019]根据本专利技术的优选实施方式，所述电流选择电路包括第一MOS管对和第二MOS管对，各MOS管对均包括两个MOS管，第一MOS管对的两个MOS管的发射级接入所述第一电流，第二MOS管对的两个MOS管的发射级接入所述第二电流。
[0020]根据本专利技术的优选实施方式，第一MOS管对和第二MOS管对的MOS管均为NMOS管；第一MOS管对包括第二MOS管和第三MOS管，第二MOS管对包括第四MOS管和第五MOS管；第二MOS管和第五MOS管的基极接入最小参考电压，第三MOS管和第四MOS管的基极接入开关电源的输出电压，第三MOS管和第五MOS管的集电极均连接至该输出电流产生电路的输出端，用于输出所述输出电流。
[0021]根据本专利技术的优选实施方式，所述输入级为PNP型输入级，第一型为N型，第二型为P型。
[0022]根据本专利技术的优选实施方式，所述PNP输入级由PNP三级管对构成，所述PNP三级管对中的两个三级管的基极分别接入所述反馈电压和参考电压。
[0023]根据本专利技术的优选实施方式，所述输入级为NPN型输入级，第一型为P型，第二型为N型。
[0024]根据本专利技术的优选实施方式，所述NPN输入级由NPN三级管对构成，所述NPN三级管对中的两个三级管的基极分别接入所述反馈电压和参考电压的平移电压。
[0025]本专利技术的第二方面提出一种开关电源，包括前面所述的用于开关电源的跨导型误差放大器。
[0026](三)有益效果
[0027]本专利技术中误差放大器的跨导和输出电压成正比，从而实现了在相同的补偿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于开关电源的跨导型误差放大器，该开关电源具有反馈电路，并提供反馈电压、参考电压和输出电压，其特征在于：所述跨导型误差放大器包括输出电流产生电路、输入级、两个第一型电流镜和一个第二型电流镜；所述输出电流产生电路接入到所述输入级，该输入级由三级管对构成；所述三级管对的两个三极管的发射级均连接到输出电流产生电路的输出端，集电级分别连接到两个第一型电流镜的输入端；两个第一型电流镜的输出端分别接入第二型电流镜的输入端和输出端；所述输出电流产生电路的输出电流受所述开关电源的输出电压控制。2.如权利要求1所述的用于开关电源的跨导型误差放大器，其特征在于：所述输出电流产生电路包括第一电流产生电路、第二电流产生电路和电流选择电路；所述第一电流产生电路用于产生第一电流，所述第二电流产生电路用来产生第二电流，所述电流选择电路用于根据误差放大器的输出电压来选择所述第一电流或所述第二电流作为输出电流；所述第一电流为恒定电流；所述第二电流与所述开关电源的输电电压成正比；所述电流选择电路控制所述输出电流产生电路输出的所述输出电流，以使得当所述开关电源的输出电压小于或等于最小参考电压时，输出所述第一电流，当所述开关电源的输出电压大于所述最小参考电压时，输出所述第二电流。3.如权利要求2所述的用于开关电源的跨导型误差放大器，其特征在于：所述第二电流产生电路包括运算放大器、第一MOS管、第一电阻和P型电流镜；第一MOS管为PMOS管，其发射极连接至运算放大器的负输入端，且经由第一电阻接地，第一MOS管的基极连接至运算放大器的输出端，集电极连接至P型电流镜的输入端；所述运算放大器的正输入端接入误差放大器的输出电压，P型电流镜的输出端用于输...

【专利技术属性】
技术研发人员：董贤辉，吴国阳，谢佳季，郭建，
申请(专利权)人：北京升宇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：