CN103618508A

CN103618508A - 一种误差放大器

Info

Publication number: CN103618508A
Application number: CN201310599489.4A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Suzhou Baker Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Suzhou Baker Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2014-03-05

Abstract

一种误差放大器，描述了在使用跨导型功率放大器的并行电流或电压自主校准器中应用的误差放大器系统。误差放大器在使用跨导型功率放大器的线性或开关式电压或电流校准器中的应用,使每个校准器的外部节点容易通过简单的平行线模块化并联：输入功率,功率输出,误差放大器的输出,误差放大器的输入,通过单个校准器分担总输出功率来提高系统的总输出功率,包括a.一个放大器在反向和源极方向不对称输出电流能力；b.当低输出电流值限制有效时,感应电路略微改变放大器的参考输入电压，从而产生正反馈，确保在任何时候并行操作放大器中只有一个工作，其他放大器因限流而不工作，并控制系统的输出。

Description

一种误差放大器

技术领域

误差放大器系统在使用跨导型功率放大器的并行电流或电压自主校准器中的应用；例如,电流型控制的直流/直流转换器。更特别地,误差放大器与不对称输出电流控制连接在一起,使完全冗余、并行操作系统的自主控制更可靠，控制电流增加的能力。

背景技术

电流型控制的直流到直流电压转换器常用作并行操作动力电池的模块化系统设计。其次,开发一个专用系统,只需要符合适当数量的电池来实现所需的功率。

图1所示为一个跨导型功率放大器用作电压调节器的转换器单元。供应电压VS连接到输入节点1提供跨导放大器2的电力。误差放大器3将参考电压VREF与输出端10处的电压VOUT的部分电压Vfrac进行比较，其中Vfrac为支路9上的电压，并控制跨导放大器2的控制终端8的电压，从而输出电流11在电阻负载7上生成所需的输出电压VOUT。通常, VREF约等于VFRAC。输出电压VOUT的部分电压VFRAC通常由电阻R1和R2组成的分压器网络形成，其中分压器网络两端分别与跨导放大器2的输出端和地面耦合。

图2所示为多个并连的现有技术跨导模块，其中跨导模块用于提高系统的输出电流能力。图2系统由三个转换器模块30a、30b和30c组成；30a、30b和30c的每个模块由一个跨导型功率放大器(直流变换器)32、误差放大器34和参考电压36即VREF组成。每个模块的每个元件的识别号码以a、b或c为下标显示。每个模块中都存在没有字母标注的元件。

一个转换电源电压应用于直流输入终端38，并且输入终端38电耦合到每个直流变换器32的输入端40。直流变换器的输出端42电耦合到节点44。节点44同时也耦合到电压分压器电阻46、负载电阻50和输出节点52上。分压器电阻46也耦合到节点48。节点48耦合到分压器电阻54。电压分压器电阻54和负载电阻50均耦合到地面。

节点48耦合至误差放大器输入56a。误差放大器56a的输入电压与参考36即VREF 的比确定是否有错误发生。在节点44直流电压误差通过误差放大器34a放大，并应用于误差放大器的输出58a。误差放大器的输出58a的电压接到跨导型功率放大器32的输入64。控制输入64的信号驱动跨导型功率放大器32的输出电流IOUT 43,在负载50上产生所需的输出电压，从而使得感应电压56a约等于参考电压62a。系统中输出电流45为每个独立模块输出电流43的总和。如果每个模块30中跨导放大器32的跨导相等，因为每个模块控制电压64相等，所有模块将平均分配电流45。因为允许功耗使得每个模块的输出电流限制在IMAX,所以系统的n个模块总输出电流为n * IMAX。该系统中n=3。该系统的一个缺点是只用误差放大器。灵敏误差放大器元件34a控制整个系统,通常称为主导装置。如果主误差放大器34a停止工作,整个系统将停止,即系统不是完全冗余。本方案的其他的缺点是,每个模块的两个控制连接点(64,58或在集成方案中引脚）都需要实现并行操作。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种误差放大器电路，用于高可靠性完全冗余自主的模块化应用程序。

这本发明的第二个的本发每个模块只有一个控制通路功能。

本发明的目的和其他一些目的被达到了，下面首先阐述。

本发明的技术解决方案：

本专利所描述的发明是一个误差放大器系统在并行电压或电流校准器中的应用，其中校准器运用了跨导型功率放大器。误差放大器可用于线性稳压器或直流到直流转换器。该系统包括多个误差放大器。每个误差放大器有输出端,输出与其他误差放大器的输出电耦合在一起，每个输出端建立非对称电流控制。非对称控制电流有一个电流源或电流供应能力大于消耗或反向电流能力。此外,当放大器操作在饱和状态，每个放大器内部的感应电路感应到外面的线性范围的变化，并改变其参考输入电压实现正反馈,因此创建一个小的滞后,确保放大器在正反馈和负反馈之间无振转换。

对比专利文献：CN202385060U误差运算放大器 201120566884.9，CN202798590U误差放大器201220465272.5。

附图说明：

图1所示为一个使用跨导型功率放大器的电压调节器模块。

图2所示为一个先有技术原理图。

图3显所示为本发明的原理图。

图4和图5所示为本发明的第一和第二电路误差放大器的实现。

各图和电路中相同元件用相同的字符表示便于理解。

具体实施方式：

图3所示电路与图2所示的先有技术原理图类似,下列项目除外。分压器电阻46和54之间的节点48和误差放大器的输入56a、56b和56c耦合。误差放大器的输出58连接到内部跨导放大器32的控制输入端64。每个误差放大器输出端58a、58b和58c相互耦合,形成一个共同的控制节点78。电阻72与参考电压电路以及误差放大器电流控制节点74串联在一起。

任何时刻，本发明只有误差放大器34a、34b和34c中的一个误差放大器运行。只有当参考输入端62工作在最高电压时，误差放大器才运行。其他误差放大器不运行,因此最大反向电流减小。误差放大器的不对称输出电流能力使得运行的误差放大器源电流大于未运行的总和,从而控制节点78的电压，并通过这个电压输出电流控制整个系统的电压。

每个误差放大器电路有一个内部感应电路感应自己何时工作。电流控制节点74在放大器不工作时输入微小的电流。电流节点74引起在电阻72的小电压降落，低于未工作的误差放大器输入端62的参考电压，使得未工作的放大器不打开，并由于副作用关闭,包括工作的误差放大器由于其有限的输出阻抗而产生的输出负载影响、噪声和漂移。

图4中所示的电路是一个误差放大器的实现电路图。图4的误差放大器是一个传统的设计除了限流电路和晶体管150。该电路有一个电压供应节点81和一个地面节点82。输入端的电路由一个差分放大器91组成。差分放大器91的反相输入84耦合到PNP晶体管86的基极，同相参考输入88耦合到PNP晶体管90的基极。晶体管86和90的集电极耦合到两个NPN型晶体管组成的电流镜93的集电极，即PNP晶体管86的集电极耦合到NPN型晶体管92的集电极。PNP型晶体管90的集电极耦合到NPN型晶体管94的集电极。晶体管92和94的基极耦合在一起,并耦合到晶体管92的集电极。晶体管92和94的发射极耦合到地面节点82。

晶体管86的发射极耦合到电阻器96。晶体管90的发射器耦合到另一个电阻98。电阻96和98耦合到晶体管100的集电极。晶体管100和102是一对用于差分放大器91偏差的PNP型电流镜101。晶体管100和102的基极耦合在一起。晶体管102的发射极通过电阻104耦合到电源电压81。

晶体管100的发射极通过电阻106耦合到电源电压81。晶体管102的集电极耦合到晶体管102和100的基极，同时与一个电阻108耦合。电阻108也耦合到地面82。如下面所描述的,晶体管100的发射极在电流限制方面起作用。晶体管100的发射极耦合到NPN型晶体管110的集电极。晶体管110的发射极耦合到地面82。晶体管110的基极耦合到NPN型晶体管112的基极和集电极。

晶体管112的发射极耦合到地面82。晶体管112的集电极也耦合到反向电流检测电阻114和PNP晶体管116的集电极。反向电流检测电阻Rsink114也是耦合到地面。晶体管116的发射极耦合到误差放大器的输出118。晶体管102的基极驱动PNP晶体管120的基极。晶体管120的发射极耦合到电阻122。电阻122耦合到电源81。晶体管120的集电极耦合到NPN型晶体管124的集电极和基极，以及高驱动晶体管126的基极输出。

晶体管94的集电极耦合到晶体管128的基极、电容器130和二极管132的正极。晶体管128的集电极耦合到电源81。晶体管128的发射极耦合到晶体管134基极和电阻136。同时电阻136也耦合到地面82。晶体管134的集电极耦合到二极管132负极、晶体管138的基极和电容器130的第二终端。晶体管134的发射极耦合到电阻140。电阻140的另一端耦合到地面82。

PNP晶体管138的集电极耦合晶体管138的基极和晶体管134的集电极以及晶体管116的基极。晶体管138的发射极耦合到NPN型晶体管124的发射极。晶体管126的集电极耦合到PNP晶体管142的基极和源电流检测电阻144。源电流检测电阻144也耦合到电源81。PNP晶体管142的发射极耦合到电源81。晶体管142的集电极耦合到晶体管146的集电极和基极和晶体管148的基极。晶体管146和148的发射极连接到地面82。晶体管148的集电极耦合晶体管120的发射极。

NPN型晶体管的基极与晶体管110和112的基极相连,发射极与地相连,集电极接到放大器的同相输入端88。

电流限制方面工作如下：反相负载电流流过检测电阻Rsink114。只要该电阻电压低于VBE(室温下约为700 mV)晶体管110和150关闭,从而他们的集电极电流约为零。随着放大器反向电流增加,晶体管110电压降落超过VBE，打开并拉低晶体管100发射极电压。从而减小差分放大器101晶体管86和90的偏置电流,主要放大器晶体管128和134的基极可用电流,最终晶体管116的基极输出有效电流限制可用输出反向电流。反向限流环路增益受到晶体管110和112的发射极比例影响。如果反向电流限制有效,晶体管110和150的集电极因为基极-发射极间与晶体管110并联的二极管导电。在这种情况下，通过晶体管150反向电流流入节点88，并引起图3该节点所有外接电阻的电压降。

源偏置电流限制的触发电平必须高于最大数量的并行操作系统的最大反向电流之和。同样电路随着低偏置极限运行。如果源电流检测电阻144电压降落超过1VBE电压降,晶体管142打开,其电流流过电流镜的晶体管146 - 148，并拉低晶体管120的发射极，从而限制了晶体管120的集电极电流和输出晶体管126可用基极电流。

图5所示为另一个可能实现的误差放大器。这种不对称的输出电流能力是一个射极跟随器输出极固有特性,当最大电流源被上拉电流218乘以输出晶体管220的增益系数β限制时,最大反向电流被下拉电流222限制。

如果工作在最大反相输出电流，主放大器晶体管214几乎是在饱和状态，并且216打开，反相电流流入节点226(放大器的同相输入)从而形成正反馈。电流值受电阻228控制。

Claims

1.一种误差放大器，其特征是，组成包括:a.多个误差放大器,每个放大器有一个输出端；b.每个输出端之间电耦合连接；c.每个输出端建立一个不对称电流容量的方法,不对称电流能力包括供应电流能力大于消耗电流能力。

2.根据权利要求1所述的一种误差放大器，其特征是：每个误差放大器还包括：a.一个参考电压源；b.第一放大器输入耦合到参考电压；c.第二放大器输入耦合到系统中第二放大器的输入d.一个有当前最大反相输出的非平衡限流输出；e.一个感应电路，应用于放大器在当前最大反相输出,并形成一个反相信号时的感应操作； f.响应信号时改变参考电压的正反馈方法。

3.根据权利要求2所述的一种误差放大器，其特征是：其电流源能力大于所有电流吸收能力之和。

4.根据权利要求3所述的一种误差放大器，其特征是：还包括一个运算放大器。

5.根据权利要求4 所述的一种误差放大器，其特征是：跨导型功率放大器多个供应阶段之间相互电耦合。

6.根据权利要求5所述的一种误差放大器，其特征是：每一个供应阶段包含一个误差放大器。

7.根据权利要求6所述的一种误差放大器，其特征是：跨导型功率放大器是一种直流到直流转换器和线性稳压器。

8.根据权利要求6所述的一种误差放大器，其特征是：一个应用于直流电压到直流电压转换器的误差放大器系统，其组成包括：a. 多个直流转换器阶段电耦合以增加载流能力；b.多个由运算放大器组成的误差放大器；c.每个阶段有一个误差放大器；d.每个误差放大器包括:(1)一个同相输入端；(2) 一个反相输入端；(3)一个输出端，耦合到同相输入端和反相输入端；e.每个输出与其他输出之间电耦合；f.每个误差放大器的建立和不对称电流限制方法,电流源第一载流能力大于第二反向载流能力,即每个误差放大器第一载流能力大于所有第二载流能力之和。

9.根据权利要求1所述的一种误差放大器，其特征是：误差放大器包括:a. 多个差动放大器，每个放大器包括：(1) 第一输入端,其中,每个放大器的第一输入端耦合到其他放大器的第一输入端；第二输入端,其中每个放大器的第二输入端耦合到其他放大器的第二输入端；(2)一个输出端,每一个放大器的输出端耦合到其他放大器的输出端；(3)一个输出控制电流源；3) 一个反向输出控制电流；(4）一个不对称输出控制电流；(5)一个最大反相电流输出电平；(6)一个用于感应放大器是否工作在最大反向电流输出电平状态的感应电路；(7) 当感应电路感应到放大器工作在最大反相输出电平状态，产生一个信号的方法；8)改变参考电压响应反馈信号的方法；b.一个参考电压通过控制电流源耦合到第二输入端，其中控制电流源可以作为所有反相输出控制电流的信号源。