一種適用于COT控制的內部紋波補償電路制造技術

一種適用于COT控制的內部紋波補償電路，屬于電源管理技術領域。包括電感電流采樣電路、電感電流紋波信息預放大電路、采樣保持電路和紋波疊加電路；電感電流采樣電路將電感電流紋波信息進行采樣，作為后續紋波補償的關鍵信號；電感電流紋波信息預放大電路將上述采樣的電感電流紋波信息進行放大；采樣保持電路對采樣的紋波進行直流量的提取，保證在疊加時紋波是交流量；紋波疊加電路將上述得到的電感電流采樣信息、電感電流直流量信息、反饋電壓信息以一定的符號之后得到最后對反饋電壓的補償信息。本發明專利技術不需要額外的采樣電路，在外部電容很小時也具有良好的穩定性，克服了傳統COT控制的次諧波振蕩，同時使穩定性設計具有均一性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電源管理
，具體涉及一種適用于恒定導通時間(Constant On Time，COT)控制架構的內部紋波補償電路的設計。
技術介紹
相比于電壓控制模式和峰值電流控制模式，COT控制模式不需要傳統意義上的誤差放大器，這使得COT控制模式能夠在保持精度的基礎上提供更快的瞬態響應；COT控制模式所提供的全輸入電壓范圍內的穩頻，對于抗電磁干擾特性等等都有很大的意義；同時COT控制模式在輕載下的效率的提升符合現階段電子產品的發展趨勢。COT控制架構在電源管理芯片當中備受青睞。如圖1為傳統基于COT控制架構的降壓型變換器原理框圖以及其關鍵波形圖，不需要誤差放大器以及電流采樣的電路模塊，直接將輸出電壓的反饋信號VFB(包含直流信息和交流紋波信息)與內部產生的基準信號VREF進行比較。其觸發機制在于，當反饋電壓VFB觸碰到內部基準信號VREF時，環路比較器觸發由單次計時器電路決定的固定導通時間Ton。傳統意義上的COT控制的交流紋波信息來自輸出電容的紋波，隨著集成化的推廣陶瓷電容成為主流，在電容ESR較小時，傳統COT控制降壓型變換器由于輸出電壓變化而導致相位滯后的問題將會產生次諧波震蕩。為解決由于紋波相位滯后導致的次諧波振蕩問題，額外的紋波補償電路被引入到傳統的COT控制架構中，存在兩種紋波補償方法，一為片上紋波補償，二為片內紋波補償。片內補償以其實現形式多樣化，補償精確以及易于集成等特點成為了當下電源芯片中最常見的補償形式。
技術實現思路
本專利技術為了解決現有的COT控制架構存在的上述問題，提出了一種內部紋波補償電路，旨在增強COT控制架構降壓行變換器的環路穩定性。本專利技術提出的內部紋波補償電路不需要額外的采樣電路，同時采用過流等必備的變換器模塊實現對采樣幅值的限制以及紋波放大倍數的獨立于工藝及溫度的漂移，使得穩定性設計具有均一性。本專利技術的技術方案是：一種適用于COT控制的內部紋波補償電路，包括電感電流采樣電路、電感電流紋波信息預放大電路、采樣保持電路和紋波疊加電路；電感電流采樣電路將電感電流信息進行采樣后的電感電流信息作為后續紋波補償的關鍵信號輸入到電感電流紋波信息預放大電路；電感電流紋波信息預放大電路將上述采樣的電感電流采樣信息進行放大后的電感電流采樣信息輸入到采樣保持電路；采樣保持電路對電感電流紋波信息預放大電路輸入的電流電感采樣信息的紋波進行直流量的提取得到電感電流直流量信息，保證在輸入到紋波疊加電路進行疊加時紋波是交流量；紋波疊加電路將反饋電壓信息和上述得到的電感電流采樣信息、電感電流直流量信息加以一定的符號之后得到最后對反饋電壓的補償信息。具體的，所述電感電流采樣電路包括：由上功率管MNH、下功率管MNL、第一電感LS、輸出電容的ESR電阻RCO、第一電阻RL和第一電容CO組成的降壓行變換器的功率輸出級，以及由第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第二電阻RLPF、第二電容CLPF和第一反相器INV2構成的采樣電路；開關節點LX接上功率管MNH的源極、第一電感的LS一端、下功率管MNL的漏極和第一NMOS管MN1的漏極；上功率管MNH的柵極接上功率管驅動信號HS，其漏極接輸入電壓Vin；下功率管MNL的柵極接下功率管驅動信號LS，其源極接功率地PGND；第一電感LS的另一端與輸出電容的ESR電阻RCO相連，其連接點作為降壓變換器的輸出電壓端VO；輸出電容的ESR電阻RCO的另一端通過第一電容CO接功率地PGND，第一電阻RL作為負載電阻接在降壓變換器的輸出電壓端VO和功率地PGND之間；第一NMOS管MN1的柵極接開關信號G1，開關信號G1通過第一反相器INV2之后接第二NMOS管MN2的柵極；第一NMOS管MN1的源極和第二NMOS管MN2的漏極接第二電阻RLPF的一端，第二電阻RLPF的另一端作為采樣輸出端VISENSE；第二NMOS管MN2的源極接功率地PGND，第二電容CLPF接在采樣輸出端VISENSE和功率地PGND之間。具體的,所述上功率管驅動信號HS和下功率管驅動信號LS之間存在死區時間。具體的，所述電感電流紋波信息預放大電路包括第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6和由第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4構成的第二級共柵放大器；第一PMOS管MP1的柵極和第二PMOS管的柵極作為電感電流紋波信息預放大電路的差分輸入端，第一PMOS管MP1的柵極接功率地信號(PGND)，第二PMOS管MP2的柵極接電感電流采樣電路的采樣輸出端VISENSE；第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的源極接由內部電源電壓流入的第一偏置電流Ib1，第一PMOS管MP1的漏極接第三NMOS管MN3的源極，并通過第二偏置電流Ib2連接模擬地GND，第二PMOS管MP2的漏極接第四NMOS管MN4的源極，并通過第二偏置電流Ib2連接模擬地GND；第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4的柵極接偏置電壓信號Vb，第三PMOS管MP3的漏極和柵極相連作為節點A并連接第三NMOS管MN3的漏極以及第五NMOS管MN5的柵極，第四PMOS管MP4的柵極和漏極相連作為節點B并連接第四NMOS管MN4的漏極以及第六NMOS管MN6的柵極，第三PMOS管MP3的源極、第四PMOS管MP4的源極、第五NMOS管MN5的漏極和第六NMOS管MN6的漏極接電源電壓VCC，第五NMOS管MN5的源極和第六NMOS管MN6的源極通過第三偏置電流Ib3接模擬地GND；第五NMOS管MN5的源極和第六NMOS管MN6的源極作為電感電流預放大電路的第一差分放大輸出端V1和第二差分放大輸出端V2。具體的，所述采樣保持電路包括第一傳輸門TG1、第二傳輸門TG2、第三電阻R1、第四電阻R2、第三電容C1、第四電容C2和第二反相器INV3；第一傳輸門TG1的輸入端接電感電流預放大電路的第一差分輸出端V1，第二傳輸門TG2的輸入端接電感電流預放大電路的第二差分輸出端V2，第二反相器INV3的輸入端接控制信號S/H控制第一傳輸門TG1的高有效端和第二傳輸門TG2的低有效端，控制信號S/H通過第二反相器INV3后控制第一傳輸門TG1的低有效端和第二傳輸門TG2的高有效端；第一傳輸門TG1的輸出端通過第三電阻R1與第三電容C1的串聯結構后接地，第二傳輸門TG2的輸出端通過第四電阻R2和第四電容C2的串聯結構后接地；第一傳輸門TG1的輸出端V3和第二傳輸門TG2的輸出端V4作為采樣保持電路的輸出信號。具體的，所述紋波疊加電路包括第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9、第十PMOS管MP10、第五電阻R3和第六電阻R4；第五PMOS管MP5和第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7和第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9和第十PMOS管MP10構成三對差分輸入對管，第五PMOS管MP5的柵極接反饋電壓VFB、第六PMOS管MP6的柵極接內部基準箝位電壓VREF；第七PMOS管MP7的柵極接采樣保持電路的第二傳輸門TG2的輸出端V4，第八PMOS管MP8本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適用于COT控制的內部紋波補償電路，包括電感電流采樣電路、電感電流紋波信息預放大電路、采樣保持電路和紋波疊加電路；電感電流采樣電路將電感電流信息進行采樣后的電感電流信息作為后續紋波補償的關鍵信號輸入到電感電流紋波信息預放大電路；電感電流紋波信息預放大電路將上述采樣的電感電流采樣信息進行放大后的電感電流采樣信息輸入到采樣保持電路；采樣保持電路對電感電流紋波信息預放大電路輸入的電流電感采樣信息的紋波進行直流量的提取得到電感電流直流量信息，保證在輸入到紋波疊加電路進行疊加時紋波是交流量；紋波疊加電路將反饋電壓信息和上述得到的電感電流采樣信息、電感電流直流量信息加以一定的符號之后得到最后對反饋電壓的補償信息。

【技術特征摘要】
1.一種適用于COT控制的內部紋波補償電路，包括電感電流采樣電路、電感電流紋波信息預放大電路、采樣保持電路和紋波疊加電路；電感電流采樣電路將電感電流信息進行采樣后的電感電流信息作為后續紋波補償的關鍵信號輸入到電感電流紋波信息預放大電路；電感電流紋波信息預放大電路將上述采樣的電感電流采樣信息進行放大后的電感電流采樣信息輸入到采樣保持電路；采樣保持電路對電感電流紋波信息預放大電路輸入的電流電感采樣信息的紋波進行直流量的提取得到電感電流直流量信息，保證在輸入到紋波疊加電路進行疊加時紋波是交流量；紋波疊加電路將反饋電壓信息和上述得到的電感電流采樣信息、電感電流直流量信息加以一定的符號之后得到最后對反饋電壓的補償信息。2.根據權利要求1所述一種適用于COT控制的內部紋波補償電路，其特征在于，所述電感電流采樣電路包括：由上功率管(MNH)、下功率管(MNL)、第一電感(LS)、輸出電容的ESR電阻(RCO)、第一電阻(RL)和第一電容(CO)組成的降壓行變換器的功率輸出級，以及由第一NMOS管(MN1)、第二NMOS管(MN2)、第二電阻(RLPF)、第二電容(CLPF)和第一反相器(INV2)構成的采樣電路；開關節點(LX)接上功率管(MNH)的源極、第一電感的(LS)一端、下功率管(MNL)的漏極和第一NMOS管(MN1)的漏極；上功率管(MNH)的柵極接上功率管驅動信號(HS)，其漏極接輸入電壓(Vin)；下功率管(MNL)的柵極接下功率管驅動信號(LS)，其源極接功率地(PGND)；第一電感(LS)的另一端與輸出電容的ESR電阻(RCO)相連，其連接點作為降壓變換器的輸出電壓端(VO)；輸出電容的ESR電阻(RCO)的另一端通過第一電容(CO)接功率地(PGND)，第一電阻(RL)作為負載電阻接在降壓變換器的輸出電壓端(VO)和功率地(PGND)之間；第一NMOS管(MN1)的柵極接開關信號(G1)，開關信號(G1)通過第一反相器(INV2)之后接第二NMOS管(MN2)的柵極；第一NMOS管(MN1)的源極和第二NMOS管(MN2)的漏極接第二電阻(RLPF)的一端，第二電阻(RLPF)的另一端作為采樣輸出端(VISENSE)；第二NMOS管(MN2)的源極接功率地(PGND)，第二電容(CLPF)接在采樣輸出端(VISENSE)和功率地(PGND)之間。3.根據權利要求2所述的電感電流采樣電路，其特征在于所述上功率管驅動信號(HS)和下功率管驅動信號(LS)之間存在死區時間。4.根據權利要求1所述的一種適用于COT控制的內部紋波補償電路，其特征在于，所述電感電流紋波信息預放大電路包括第一PMOS管(MP1)、第二PMOS管(MP2)、第三PMOS管(MP3)、第四PMOS管(MP4)、第五NMOS管(MN5)、第六NMOS管(MN6)和由第三NMOS管(MN3)、第四NMOS管(MN4)構成的第二級共柵放大器；第一PMOS管(MP1)的柵極和第二PMOS管的柵極作為電感電流紋波信息預放大電路的差分輸入端，第一PMOS管(MP1)的柵極接功率地信號(PGND)，第二PMOS管(MP2)的柵極接電感電流采樣電路的采樣輸出端(VISENSE)；第一PMOS管(MP1)和第二PMOS管(MP2)的源極接由內部電源電壓流入的第一偏置電流(Ib1)，第一PMOS管(MP1)的漏極接第三NMOS管(MN3)的源極，并通過第二偏置電流(Ib2)連接模擬地(GND)，第二PMOS管(MP2)的漏極接第四NMOS管(MN4)的源極，并通過第二偏置電流(Ib2)連接模擬地(GND)；第三NMOS管(MN3)和第四NMOS管(MN4)的柵極接偏置...

【專利技術屬性】
技術研發人員：明鑫，李天生，徐俊，王卓，張波，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51