【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路，具体涉及一种cot架构高精度输出误差校正电路。
技术介绍
1、伴随着新能源汽车、云计算、物联网等新兴技术的发展，高性能的电子设备日益受到人们的青睐，为其提供稳定电源的电源管理芯片产业欣欣向荣。cot架构的dc-dc变换器凭借结构简单、响应速度快的优势成为研究热点之一，但传统cot模式的稳定性严重依赖输出电容的esr，且存在输出电压精度差的缺陷，顺应高精度、低emi、快速瞬态响应的发展趋势，本专利技术研究纹波补偿电路增强反馈电压纹波，实现稳定输出电压，并通过误差校正电路产生自适应调节误差电压校正参考电压，提高输出电压精度。同步dc-dc降压变换器拓扑图如图1所示，主要包含主开关管hs，同步整流管ls，电感l，输出电容cout、电容等效串联电阻resr、负载电阻rl。变换器采用esr较小的陶瓷电容时，关键信号波形如图2所示，输出电压vout纹波由resr电压纹波vesr和cout充放电纹波vcout叠加得到，当vesr小于vcout时，输出电压vout纹波和反馈电压vfb纹波由电容充放电纹波主导。由于电容电压滞后于电流，当电感电流上升时，vout和vfb不会随之上升，变换器导通ton时间后vfb仍小于基准电压vref，因此变换器会重复触发ton导通时间直到vfb大于vref，变换器连续导通两个或两个以上周期，称为次谐波振荡现象，会造成开关频率不可控，输出电压纹波急剧增大。为了保证系统稳定工作，需要引入纹波补偿电路增强反馈电压纹波，但会导致vfb与vref误差变大，因此需要高精度误差校正模块通过自适应校正参考电
2、现有的cot架构采用误差放大器ea放大vref与vfb间的误差电压得到vc，将vfb与vc通过环路比较器比较，在ea的调节下可以改善小esr造成的输出电压精度下降，但是环路比较器的失调与延时会引入新的输出误差。还有一些电路是对纹波补偿电路进行改进优化，使纹波补偿电路产生谷值电压为0的纹波电压与vfb叠加，将谷值电压为vfb的电压与vref比较，由此消除纹波补偿电路引入的输出误差，但是当占空比大幅改变时补偿纹波峰峰值会改变，使纹波电压的谷值出现偏差，误差校正的效果大幅下降。
技术实现思路
1、为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种cot架构高精度输出误差校正电路，所述电路包括纹波补偿模块、误差校正模块以及求和比较器，通过合适的纹波补偿网络增强反馈电压的纹波，并通过误差校正电路在负载变化时检测输出电压，产生快速自适应调节的误差电压，在求和比较器中动态地校正基准电压，消除引入纹波补偿后反馈电压与参考电压之间的误差，在大负载宽范围条件下实现输出电压的误差校正。
2、作为本专利技术的一种改进，所述纹波补偿模块产生与开关节点sw同相的方波信号vp和反相的方波信号vn，通过滤波网络产生与电感电流il同相的纹波电压vripplep和反相的纹波电压vripplen，差模信号通过跨导放大器相减消除共模成分，得到直流值为零的纹波电流。
3、作为本专利技术的一种改进，所述得到直流值为零的纹波电流iripple，输出到求和比较器中转换成电压，叠加在参考电压vfb上得到纹波增强电压vfbn。
4、作为本专利技术的一种改进，当负载变化导致输出电压出现波动时，补偿纹波随占空比变化而变化，纹波增强电压vfbn1与vfbn2具有不同的峰峰值vpp1与vpp2，误差校正模块随占空比变化产生自适应调整的误差电压voffset1与voffset2，叠加在vref上实现不同占空比下参考电压的动态校正，使得负载变化时vfb与vref仍然相等，消除了反馈电压和参考电压之间的半纹波误差。
5、作为本专利技术的一种改进，所述求和比较器将vfb纹波增强和vref误差校正后，通过运算放大器比较vfbn和vrefn，当vfbn下降到vrefn时，输出信号vcomp通过逻辑控制模块控制主开关管导通，以维持系统稳定工作和改善系统的输出精度。
6、作为本专利技术的一种改进，所述纹波补偿模块利用分压网络和滤波网络产生纹波补偿电压，通过跨导放大器将差模电压转换成直流值为零的纹波电流输出，通过电阻ra1、ra2对开关节点电压vsw分压，分压电阻比例以保证后级跨导放大器的共模输入电平处于正常工作范围内，实现宽输入范围，输入电压vin通过ldo结构产生设置电阻比例使vldo＝avin为反相器和传输门供电，通过两级反相器产生与vsw同相、幅值为avin的方波信号vp，通过滤波网络r1c1得到纹波电压vripplep，其直流电压：
7、vdc＝avin*d＝avout
8、主开关管导通时，c1电压上升斜率：
9、
10、同步整流管导通时，c1电压下降斜率：
11、
12、因此，当r1c1与电感l匹配时，可以得到与电感电流同相的纹波vripplep，其峰峰值：
13、
14、其中自适应恒定导通时间ton＝droncon，ron和con是决定变换器ton的电阻和电容，与滤波网络中的r1c1匹配且r1c1＝n1roncon，可得：
15、
16、通过反相器和传输门得到与vp反相的方波信号vn，传输门保证两者相位相反，经过与r1c1相等的滤波网络r0c0得到与电感电流反相的纹波电压vripplen，差模信号vripplep和vripplen通过跨导放大器作用后消除共模成分，得到直流值为零的纹波电流：
17、
18、作为本专利技术的一种改进，当负载变化输出电压出现波动时，补偿纹波电压峰峰值随变换器工作在不同占空比变化，使基准电压减去固定电压无法保证所有情况下变换器都能实现高精度输出，因此需要产生自适应调节误差电压动态地校正基准电压，纹波补偿模块产生的差模电压vripplen和vripplep通过电阻rc1、rc2得到直流共模电压vdc＝avout，输入电压vin通过分压电阻rb1、rb2采样得到电压：
19、
20、运放op2和op3通过负反馈环路分别将avout和bvin转化为电流：
21、
22、pm1、pm2、pm3、pm4宽长比相等，pm5、pm6宽长比相等，nm9、nm10宽长比相等，通过电流镜可以实现等比例复制电流，采用亚阈值设计即nm2、nm3、nm4、nm5工作在亚阈值区，其漏源电流和栅源电压的关系可以表示为：
23、
24、式中i0为亚阈值电流指前因子，正比于w/l，m>1，是亚阈值斜率因子，k是波尔兹曼常数，t是温度，q是电子电荷，工作在亚阈值区的mos管漏源电流远小于饱和区，可以降低静态功耗，亚阈值区mos管栅源电压和漏源电流的关系为：
25、
26、根据基尔霍夫电压定律，nm2、nm3、nm4、nm5栅源电压关系为：
27、
28、即：
29、
30、化简可得nm5的漏源电流：
【技术保护点】
1.一种COT架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，所述电路包括纹波补偿模块、误差校正模块以及求和比较器，通过合适的纹波补偿网络增强反馈电压的纹波，并通过误差校正电路在负载变化时检测输出电压，产生快速自适应调节的误差电压，在求和比较器中动态地校正基准电压，消除引入纹波补偿后反馈电压与参考电压之间的误差，在大负载宽范围条件下实现输出电压的误差校正。
2.根据权利要求1所述的一种COT架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，所述纹波补偿模块产生与开关节点SW同相的方波信号VP和反相的方波信号VN，通过滤波网络产生与电感电流IL同相的纹波电压VRIPPLEP和反相的纹波电压VRIPPLEN，差模信号通过跨导放大器相减消除共模成分，得到直流值为零的纹波电流。
3.根据权利要求2所述的一种COT架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，所述得到直流值为零的纹波电流IRIPPLE，输出到求和比较器中转换成电压，叠加在参考电压VFB上得到纹波增强电压VFBN。
4.根据权利要求3所述的一种COT架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，当负载变化导致输出电压出
5.根据权利要求4所述的一种COT架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，所述求和比较器将VFB纹波增强和VREF误差校正后，通过运算放大器比较VFBN和VREFN，当VFBN下降到VREFN时，输出信号VCOMP通过逻辑控制模块控制主开关管导通，以维持系统稳定工作和改善系统的输出精度。
6.根据权利要求1所述的一种COT架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，所述纹波补偿模块利用分压网络和滤波网络产生纹波补偿电压，通过跨导放大器将差模电压转换成直流值为零的纹波电流输出，通过电阻Ra1、Ra2对开关节点电压VSW分压，分压电阻比例以保证后级跨导放大器的共模输入电平处于正常工作范围内，实现宽输入范围，输入电压VIN通过LDO结构产生设置电阻比例使VLDO＝aVIN为反相器和传输门供电，通过两级反相器产生与VSW同相、幅值为的方波信号VP，通过滤波网络R1C1得到纹波电压VRIPPLEP，其直流电压：
7.根据权利要求1所述的一种COT架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，当负载变化输出电压出现波动时，补偿纹波电压峰峰值随变换器工作在不同占空比变化，使基准电压减去固定电压无法保证所有情况下变换器都能实现高精度输出，因此需要产生自适应调节误差电压动态地校正基准电压，纹波补偿模块产生的差模电压VRIPPLEN和VRIPPLEP通过电阻Rc1、Rc2得到直流共模电压VDC＝aVOUT，输入电压VIN通过分压电阻Rb1、Rb2采样得到电压：
8.根据权利要求1所述的一种COT架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，纹波补偿模块输出的纹波电流IRIPPLE转化成峰峰值适当的纹波电压VRIPPLE后叠加到VFB上，误差校正模块输出的误差电流IOFFSET转化成误差电压VOFFSET后叠加到VREF上，通过运算放大器比较纹波增强电压VFBN和误差校正后的新参考电压VREFN，输出信号VCOMP通过逻辑控制模块决定主开关管是否导通，实现VFB与VREF的半纹波误差消除，提高输出电压精度，来自纹波补偿模块的纹波电流IRIPPLE流过R5重新生成纹波补偿电压VRIPPLE＝IRIPPLER5，其峰峰值：
...【技术特征摘要】
1.一种cot架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，所述电路包括纹波补偿模块、误差校正模块以及求和比较器，通过合适的纹波补偿网络增强反馈电压的纹波，并通过误差校正电路在负载变化时检测输出电压，产生快速自适应调节的误差电压，在求和比较器中动态地校正基准电压，消除引入纹波补偿后反馈电压与参考电压之间的误差，在大负载宽范围条件下实现输出电压的误差校正。
2.根据权利要求1所述的一种cot架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，所述纹波补偿模块产生与开关节点sw同相的方波信号vp和反相的方波信号vn，通过滤波网络产生与电感电流il同相的纹波电压vripplep和反相的纹波电压vripplen，差模信号通过跨导放大器相减消除共模成分，得到直流值为零的纹波电流。
3.根据权利要求2所述的一种cot架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，所述得到直流值为零的纹波电流iripple，输出到求和比较器中转换成电压，叠加在参考电压vfb上得到纹波增强电压vfbn。
4.根据权利要求3所述的一种cot架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，当负载变化导致输出电压出现波动时，补偿纹波随占空比变化而变化，纹波增强电压vfbn1与vfbn2具有不同的峰峰值vpp1与vpp2，误差校正模块随占空比变化产生自适应调整的误差电压voffset1与voffset2，叠加在vref上实现不同占空比下参考电压的动态校正，使得负载变化时vfb与vref仍然相等，消除了反馈电压和参考电压之间的半纹波误差。
5.根据权利要求4所述的一种cot架构高精度输出误差校正电路，其特征在于，所述求和比较器将vfb纹波增强和vref误差校正后，通过运算放大器比较vfbn和vrefn，当vfbn下降到vrefn时，输出信号vcomp通过逻辑控制模块控制主开关管导通，以维持系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁玉佳，张瑛，马瑜禧，曹亮，安欣悦，任静，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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