CN102013877B - 一种减小补偿电容的跨导放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减小补偿电容的跨导放大器，包括：第一级放大电路，采样电路、第二级放大电路和偏置生成电路。实现步骤：输入反馈信号和参考电压相比较，输出误差信号，通过第一级放大电路放大后输入到采样电路，提供采样电路的充电电流；偏置产生电路提供采样电路放电支路及第二级放大电路的参考信号；采样电路中，开关信号控制采样开关；采样输出信号与所述参考信号比较，再经过第二级放大电路放大，输出充电电流周期性对补偿电容充电。本发明电路，通过调节所述采样电路中开关信号的占空比，可灵活改变跨导放大器输出电压上升至期望值的时间；可有效减小补偿电容值，减小了芯片面积，降低了芯片成本。

Description

一种减小补偿电容的跨导放大器

技术领域

本发明涉及电子电路技术，特别是指一种减小补偿电容的跨导放大器，可应用在功率转换器及相关电路中。

背景技术

典型的功率转换器的控制芯片结构，包含跨导放大电路，PWM比较电路，PWM逻辑电路，驱动电路，补偿电容，基准电路和振荡器。控制芯片的输入为功率转换器的输出电源反馈信号V_FB，输出Gate Pulse为输出级晶体管的栅极驱动信号。

在控制芯片的应用中，普遍要求输出电源从启动到稳定的过程是缓慢上升的，从而避免可能引起的电压或电流过冲而导致系统或芯片受到损坏；同时，不同应用环境往往对输出电源上升至稳定的时间有不同的要求，这对控制芯片的设计提出了一定的挑战。

现有技术是通过外接补偿电容实现的，外接电容的大小决定输出电源的上升时间。这种方法虽简单易用，但需要额外的电容器和管脚，在引脚数量有限情况下不适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种跨导放大器的实现方法，可以有效地减小补偿电容，并可灵活改变电压上升时间，克服了现有技术中由于补偿电容过大而难以集成的缺陷，减小了芯片面积，降低了芯片成本。本发明的一种减小补偿电容的跨导放大器采用如下技术方案：

一种减小补偿电容的跨导放大器，包括：偏置生成电路，第一级放大电路，采样电路和第二级放大电路，所述第一级放大电路的第一输出连接至所述采样电路的一输入，所述偏置生成电路的二输出连接至所述采样电路的另一输入和所述第二级放大电路的一输入，所述采样电路的第三输出连接至所述第二级放大电路的另一输入，补偿电容连接于所述跨导放大器的第四输出与地之间。

优选的，所述采样电路包括开关信号、第一开关、第二开关、反相器和采样电容。

优选的，所述采样电路的一输入串联第一开关后的一条支路作为采样电路的第三输出，另一条支路串联第二开关后与采样电路的另一输入相连；在第一开关打开时，开关信号的一输出支路与采样电路的一输入相连；在第二开关打开时，所述开关信号的一输出支路串联反相器后与采样电路的另一输入相连；所述采样电容的一端与采样电路的第三输出相连，另一端接地。

本发明的跨导放大器各部分在工作状态中的效用为：第一级放大电路，放大输入反馈信号与参考电压的误差信号，提供采样电路的充电电流，所述充电电流随输入反馈信号增大而增大；偏置生成电路，提供采样电路放电支路以及第二级放大电路的参考信号；采样电路，由一开关信号控制采样开关，开关闭合，所述充电电流对采样电路充电，开关断开，所述放电支路使采样电路放电至稳定电压值，所述稳定电压值与所述第二级放大电路的参考信号相等，采样电路输出信号峰峰值逐周期增大；第二级放大电路，放大所述采样电路输出信号和所述参考信号的误差信号，相应地，在所述采样开关闭合阶段，充电电流对补偿电容充电积累电荷，在所述采样开关断开阶段，无充电电流，补偿电容保持电荷，最终补偿电容电压阶梯式缓慢升高。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本方案可以有效减小补偿电容，实现补偿电容的片内集成。

(2)本方案通过调节开关信号的占空比大小，可以灵活调节输出电压的上升时间。

附图说明

图1是本发明的跨导放大器的结构示意图。

图2是本发明的跨导放大器的内部电路结构的结构示意图。

图3是本发明的跨导放大器的操作时序图。

图中标号说明：100.跨导放大器，101.第一级放大电路，102.采样电路，103.第二级放大电路，104.偏置生成电路，105.补偿电容，106.第一输出，107.第二输出，108.第三输出，109.第四输出，210.开关信号，211.第一开关，212.第二开关，213.反相器，214.采样电容，301.第一标绘图，302.第二标绘图，303.第三标绘图，304.第四标绘图，305.第五标绘图，306.第六标绘图。

具体实施方式

本发明详细描述一种跨导放大器的实现方法，该方法可以有效地减小补偿电容，可应用在功率转换器和相关电路中，其电路可以监视输出电源的反馈电压，控制并调节补偿电容的充电电流，从而实现输出电源从启动到稳定过程的缓慢上升。

图1为本发明的跨导放大器的结构示意图。跨导放大器100包括第一级放大电路101，采样电路102和第二级放大电路103和偏置生成电路104。所述第一级放大电路101的第一输出106连接至所述采样电路102一输入端，所述偏置生成电路104的第二输出107连接至所述采样电路102另一输入端，以及所述第二级放大电路103的一输入端，所述采样电路102第三输出108连接至所述第二级放大电路103的另一输入端；补偿电容105连接在所述跨导放大器100第四输出109与地之间。第一级放大电路101，放大输入反馈信号IN与参考电压V_ref的误差信号，提供采样电路102的第一输出106的充电电流，所述充电电流随输入反馈信号增大而增大；偏置生成电路104提供采样电路102的放电支路，及第二级放大电路103的参考信号；采样电路102的第三输出108的信号由一开关信号控制采样开关，开关闭合，所述充电电流对采样电路充电，开关断开，所述放电支路使采样电路放电至稳定电压值，采样电路102的第三输出108的信号的峰值逐周期增大；第二级放大电路103，放大采样电路第三输出108的信号和偏置生成电路104提供的第二输出107的参考信号的误差信号，相应地，在所述采样开关闭合阶段，从第四输出109输出的充电电流对补偿电容105充电积累电荷，在所述采样开关断开阶段，无充电电流，补偿电容105保持电荷，最终补偿电容电压阶梯式缓慢升高。

图2为本发明的跨导放大器的内部电路结构示意图，包括第一级放大电路101，偏置生成电路104，采样电路102，第二级放大电路103以及补偿电容105。采样电路102包括开关信号210，第一开关211，第二开关212，反相器213，采样电容214。开关信号210控制第一开关211闭合，开关信号210经过反相器213反相后的信号控制第二开关212闭合。第一开关211第一开关211连接在第一级放大电路101输出端和采样电容214的正极板之间，第二开关212连接在偏置生成电路104输出端和采样电容214的正极板之间，且采样电容214的正极板连接至第二级放大器103的正相输入端，偏置生成电路104输出端连接至第二级放大器103的反相输入端，采样电容214的负极板连接于地。补偿电容105连接在跨导放大器输出端和地之间。

参考图2元器件和标号，对本发明实施例进行描述，为描述的简要而省略了公知的步骤和组成部分的说明和详述。

第一级放大电路101放大输入信号IN和参考信号V_ref的误差信号，输出信号106，提供采样电容214的充电电流，所述充电电流随输入信号IN增大而增大；偏置生成电路104供采样电路102的放电支路，同时作为第二级放大电路103的参考信号；开关信号210经过反相器213得到其反相信号，分别控制第一开关211和第二开关212，在同一时刻第一开关211和第二开关212仅有一个闭合。当第一开关211闭合，第二开关212断开，第一级跨导放大器101的输出电流信号对采样电容214充电，采样电容214积累电荷，所积累的电荷量受控于由开关信号210的占空比；当第一开关211断开，第二开关212闭合，采样电容214释放电荷直至电压下降等于电压信号107。所述采样电容214的电压信号108与偏置生成电路104的输出电压107比较，经过第二级跨导放大器放大，相应地得到，在所述第一开关211闭合，第二开关212断开阶段，有充电电流产生，对补偿电容105充电，补偿电容105积累电荷，第四输出109输出的信号的电压升高；在所述第一开关211断开，第二开关212闭合阶段，无充电电流产生，补偿电容105保持电荷，第四输出109输出的信号的电压维持不变，最终实现补偿电容105上电压阶梯式上升。

本发明所述的跨导放大器100和补偿电容105可应用于典型的功率转换器控制电路中。功率转换器的输出反馈信号FB与所述跨导放大器100的输入端IN连接，所述跨导放大器输入端V_ref由基准电路提供，输出端OUT送入误差比较器102输入端。为描述的简要清楚，省略了公知的步骤和组成部分的说明和详述，参考图2，当所述跨导放大器100的开关信号210结束，采样电容214的电压维持在稳定值，所述稳定值与偏置生成电路104的输出电压107相等，跨导放大器100无充电电流输出，补偿电容105保持电荷，电压维持不变，功率转换器的控制环路稳定，输出恒定电压。

图3示意性地说明本发明提供的跨导放大器内不同信号的标绘图的图表，附图中的组成部分不一定按比例绘制。横坐标表示递增时间，纵坐标表示信号的值。第一标绘图301示意性地说明跨导放大器100的输入IN上的信号，即功率转换器的输出电源的反馈信号FB；第二标绘图302示意性地说明采样电路102的开关信号210；第三标绘图303示意性地说明采样电路102中采样电容214上的信号；第四标绘图304示意性地说明第一级放大电路101的输出信号；第五标绘图305示意性地说明偏置生成电路104的输出信号；第六标绘图306示意性地说明补偿电容305上的信号。

取任意开关周期为例说明，在T1时间段，第二标绘图302为高，第一开关211闭合，第二开关212断开，第一级放大电路101输出电流信号106对采样电容214充电，充电时间为开关信号211的高电平时间，第三标绘图303的值升高，且大于第五标绘图305的值，对补偿电容305充电积累电荷，第六标绘图306的值升高，升高幅度受控于开关信号210的占空比；在T2时间段，第二标绘图302为低，第一开关211断开，第二开关212闭合，采样电容214迅速放电至电压信号307的电平，第三标绘图303的值与第五标绘图305的值相同，补偿电容105保持电荷，标绘图306的值维持。大约在T3时刻，第六标绘图306的值阶梯式上升至稳定值，开关信号210结束，此后，第二标绘图302为一直为低，第三标绘图303的值与第五标绘305的值相等，跨导放大器100无充电电流输出，补偿电容105上电压维持恒定。

实现dv/dt较小，电压的持续缓慢变化，则需要大容量的电容，而本发明公开的跨导放大器的实现方法使输出电压是阶梯式上升的，可以显著减小补偿电容，克服了芯片因电容过大难以集成的缺陷，减小了芯片面积，降低了芯片成本；补偿电容电压上升的阶梯高度受控于本发明公开的跨导放大器中开关信号的占空比，通过调节所述开关信号的占空比，可以灵活改变跨导放大器输出电压上升至稳态值所需时间。

上述本发明的实施例仅用以说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的应用范围。对公开的实施例进行变化和修改都是可能的，可以对本发明的实施例进行修改或者等同替换。本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，不脱离本发明精神的替换和修改，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种减小补偿电容的跨导放大器，包括：偏置生成电路(104)，第一级放大电路(101)，采样电路(102)和第二级放大电路(103)，其特征在于，所述第一级放大电路(101)的输出(106)连接至所述采样电路(102)的一输入，所述偏置生成电路(104)的输出(107)连接至所述采样电路(102)的另一输入和所述第二级放大电路(103)的一输入，所述采样电路(102)的输出(108)连接至所述第二级放大电路(103)的另一输入，补偿电容(105)连接于所述跨导放大器(100)的输出(109)与地之间；所述采样电路(102)包括开关信号(210)、第一开关(211)、第二开关(212)、反相器(213)和采样电容(214)，所述第一开关串联在所述采样电路(102)的所述一输入与所述采样电路(102)的所述输出(108)之间作为所述采样电路(102)的一条支路，第二开关(212)串联在所述采样电路(102)的所述另一输入与所述采样电路(102)的所述输出(108)之间作为所述采样电路(102)的另一条支路；开关信号(210)与第一开关(211)直接相连，开关信号(210)通过反向器(213)与第二开关(212)相连，控制同一时刻仅有一个开关闭合；所述采样电容(214)的一端与采样电路(102)的所述输出(108)相连，另一端接地。

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