CN104092360A - 跨导调整电路、跨导型误差放大单元及开关型功率变换器 - Google Patents

跨导调整电路、跨导型误差放大单元及开关型功率变换器 Download PDF

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Abstract

提出了一种跨导调整电路、跨导型误差放大单元及开关型功率变换器。该跨导调整电路至少部分地基于开关型功率变换器的输出电压产生与该输出电压成正比的偏置电流，并将该偏置电流提供至跨导型误差放大单元中的跨导型误差放大器，使该跨导型误差放大器的跨导与输出电压成正比。开关型功率变换器采用负反馈环路调整其输出电压，该跨导调整电路及跨导型误差放大单元可以使负反馈环路的带宽基本稳定，不受输出电压期望值变化的影响。

Description

跨导调整电路、跨导型误差放大单元及开关型功率变换器
技术领域
本公开的实施例涉及开关型功率变换器，尤其涉及开关型功率变换器中的误差放大单元。
背景技术
开关型功率变换器通过控制开关单元的周期性导通和关断切换以将输入电压转换为合适且稳定的输出电压提供给负载。
通常，开关型功率变换器中的控制电路基于反映其输出电压的反馈信号和表征其输出电压期望值的参考信号控制开关单元的导通和关断切换，以根据负载变化对输出电压进行及时调整。这样便形成负反馈环路。所述参考信号由开关型功率变换器内部的基准电路提供，因而为预先设定好的。所述反馈信号则一般可通过耦接于开关型功率变换器输出端的反馈电路对输出电压分压而提供。所述负反馈环路的目的是基于反馈信号与参考信号的差值使所述反馈信号基本与所述参考信号相等，从而使输出电压维持在其期望值。一般可以采用误差放大器计算反馈信号与参考信号的差值。跨导型误差放大器是常用的误差放大器中的一种，其跨导由提供至该误差放大器的偏置电流与热电压的比值决定。一般偏置电流恒定，因而跨导型误差放大器的跨导恒定。在采用跨导型误差放大器的DC-DC开关型功率变换器中，其反馈环路的带宽在输出电压的期望值增大时会降低。这是因为该带宽与反馈电路的分压系数成正比。而在参考信号设定的情况下，若输出电压的期望值增大，则需将该分压系数相应降低，导致带宽减小。然而在实际应用中并不希望带宽随输出电压的期望值增大而减小。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，本公开的实施例提供一种跨导调整电路、误差放大单元及开关型功率变换器。
在本公开的一个方面，提出了一种跨导调整电路，用于调整开关型功率变换器中的跨导型误差放大器的跨导，其中开关型功率变换器用于将输入电压转换为合适的输出电压，该跨导型误差放大器具有偏置电流输入端，用于接收偏置电流，其跨导由该偏置电流与热电压的比值决定。该跨导调整电路包括：第一输入端，用于接收所述输出电压；和电压至电流转换电路，用于以设定的转换系数将所述输出电压转换为所述偏置电流。
根据本公开的一个实施例，电压至电流转换电路包括：转换模块，用于接收所述输出电压，并将该输出电压以设定的第一转换系数将该输出电压转换为第一电流，该第一电流的流向为流入该转换模块内部的方向；和电流输出模块，用于耦接所述第一电流，并以设定的第二转换系数将该第一电流转换为所述偏置电流，该偏置电流的流向为流出该电流输出模块的方向。
根据本公开的一个实施例，跨导调整电路还可以包括：第二输入端，用于接收表征该输出电压的反馈电压；所述电压至电流转换电路被构建基于所述输出电压和所述反馈电压的差值提供第一电流，并基于所述反馈电压提供第二电流，采用该第二电流将该第一电流中与所述反馈电压相关的部分抵消以产生所述偏置电流。
根据本公开的一个实施例，电压至电流转换电路可以包括：第一转换模块，具有第一转换输入端、第二转换输入端和转换输出端，该第一转换输入端用于接收所述输出电压，该第二转换输入端用于接收表征该输出电压的反馈电压，该第一转换模块将所述输出电压与所述反馈电压的差值以设定的第三转换系数转换为第一电流；第二转换模块，具有转换输入端和转换输出端，该转换输入端用于接收所述反馈电压，该第二转换模块将所述反馈电压以设定的第四转换系数转换为第二电流；和电流输出模块，耦接至所述第一转换模块的转换输出端和第二转换模块的转换输出端，用于接收所述第一电流和所述第二电流，该电流输出模块将该第一电流与该第二电流叠加，并输出所述偏置电流，其中所述第三转换系数与所述第四转换系数相等。
在本公开的再一方面，提出了一种跨导型误差放大单元，包括根据根据本公开实施例的跨导调整电路，并且进一步包括所述跨导型误差放大器。
在本公开的又一方面，提出了一种开关型功率变换器，包括：输入端，用于接收输入电压；输出端，用于提供输出电压；开关单元，基于控制信号进行导通和关断切换以将所述输入电压转换为所述输出电压，其中该开关单元的切换产生切换电流；以及控制单元，接收表征所述输出电压的反馈电压、表征所述输出电压期望值的第一参考电压以及表征所述切换电流的采样信号，该控制单元用于基于该反馈电压和该第一参考电压产生表征该反馈电压和该第一参考电压之差值的差值放大信号，并基于该差值放大信号与所述采样信号产生所述控制信号；其中该控制单元包括跨导型误差放大器，该跨导型误差放大器具有第一输入端、第二输入端、偏置电流输入端和放大器输出端，其第一输入端和第二输入端分别用于接收所述反馈电压和所述第一参考电压，其偏置电流输入端用于接收偏置电流，放大器输出端用于提供所述差值放大信号，并且该跨导型误差放大器的跨导由所述偏置电流与热电压的比值决定；和根据本公开实施例的跨导调整电路，用于为所述跨导型误差放大器提供所述偏置电流。
利用上述方案，根据本公开实施例的跨导调整电路为跨导型误差放大器提供与开关型功率变换器的输出电压成正比的偏置电流，使跨导型误差放大器的跨导与输出电压成正比。这样该误差放大器的跨导可以用于抵消开关型功率变换器的负反馈环路的带宽中与输出电压成反比的反馈系数对该带宽的影响。因此，包括该跨导调整电路和跨导型误差放大器的开关型功率变换器的负反馈环路带宽基本稳定，不会受输出电压的期望值变化影响。
附图说明
下面的附图有助于更好地理解接下来对本公开不同实施例的描述。这些附图并非按照实际的特征、尺寸及比例绘制，而是示意性地示出了本公开一些实施方式的主要特征。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本公开的一些实施例。为简明起见，不同附图中具有相同功能的相同或类似的组件或结构采用相同的附图标记。
图1示出了根据本公开一个实施例的开关型功率变换器100的电路架构示意图；
图2示出了图1中误差放大单元201的输出端至功率变换器100的输出端的压控模型示意图；
图3示出了根据本公开一个实施例的跨导型误差放大器2011的电路架构示意图；
图4示出了根据本公开一个实施例的跨导调整电路2012的电路架构示意图；
图5示出了根据本公开另一个实施例的跨导调整电路2012的电路架构示意图；
图6示出了根据本公开又一个实施例的跨导调整电路2012的电路架构示意图；
图7示出了根据本公开再一个实施例的跨导调整电路2012的电路架构示意图。
具体实施方式
下面将详细说明本公开的一些实施例。在接下来的说明中，一些具体的细节，例如实施例中的具体电路结构和这些电路元件的具体参数，都用于对本公开的实施例提供更好的理解。本技术领域的技术人员可以理解，即使在缺少一些细节或者其他方法、元件、材料等结合的情况下，本公开的实施例也可以被实现。
在本公开的说明书中，提及“一个实施例”时均意指在该实施例中描述的具体特征、结构或者参数、步骤等至少包含在根据本公开的一个实施例中。因而，在本公开的说明书中，若采用了诸如“根据本公开的一个实施例”、“在一个实施例中”等用语并不用于特指在同一个实施例中，若采用了诸如“在另外的实施例中”、“根据本公开的不同实施例”、“根据本公开另外的实施例”等用语，也并不用于特指提及的特征只能包含在特定的不同的实施例中。本领域的技术人员应该理解，在本公开说明书的一个或者多个实施例中公开的各具体特征、结构或者参数、步骤等可以以任何合适的方式组合。另外，在本公开的说明书及权利要求中，“耦接”一词意指通过电气或者非电气的方式实现直接或者间接的连接。“一个”并不用于特指单个，而是可以包括复数形式。“在……中”可以包括“在……中”和“在……上”的含义。除非特别明确指出，“或”可以包括“或”、“和”及“或/和”的含义，并不用于特指只能选择几个并列特征中的一个，而是意指可以选择其中的一个或几个或其中某几个特征的组合。除非特别明确指出，“基于”一词不具有排它性，而是意指除了基于明确描述的特征之外，还可以基于其它未明确描述的特征。“电路”意指至少将一个或者多个有源或无源的元件耦接在一起以提供特定功能的结构。“信号”至少可以指包括电流、电压、电荷、温度、数据、压力或者其它类型的信号。若“晶体管”的实施例可以包括“场效应晶体管”或者“双极结型晶体管”，则“栅极/栅区”、“源极/源区”、“漏极/漏区”分别可以包括“基极/基区”、“发射极/发射区”、“集电极/集电区”，反之亦然。本领域的技术人员应该理解，以上罗列的对本公开中描述用语的解释仅仅是示例性的，并不用于对各用语进行绝对的限定。
图1示出了根据本公开一个实施例的开关型功率变换器100的电路架构示意图。该开关型功率变换器100包括：输入端IN，用于接收输入电压Vin；输出端OUT，用于提供恒定的输出电压Vo以为负载105供电，并向负载105提供输出电流Io；开关单元101，耦接所述输入端IN、所述输出端OUT和参考地GND，并且接收控制信号(例如，图1中示意的第一控制信号DR1和第二控制信号DR2)，基于该控制信号进行导通和关断切换以将所述输入电压Vin转换为所述输出电压Vo；控制电路102，接收表征输出电压Vo的反馈信号VFB，以及表征所述输出电压期望值的第一参考信号REF1，至少部分地基于该反馈信号VFB和该第一参考信号REF1提供所述控制信号(例如，图1中示意的第一控制信号DR1和第二控制信号DR2)至开关单元101。该控制信号通过控制所述开关单元101的导通和关断切换实现对输出电压Vo的调整。例如，当开关型功率变换器100的负载变化时，比如需要为负载105提供的输出电流Io增大或者减小，则输出电压Vo会瞬时变化，而控制电路102检测输出电压Vo的变化(例如，通过反馈信号VFB)，并基于输出电压Vo与其期望值之间的变化量(例如，通过该反馈信号VFB和第一参考信号REF1反映)对开关单元101进行控制，从而达到调整输出电压Vo至其期望值的目的。
图1所示的实施例中，开关单元101示例性地包括串联耦接于输入端IN和参考地GND之间的高侧开关MHS和低侧开关MLS，并且高侧开关MHS和低侧开关MLS的公共耦接点形成切换电压输出端SW，通过诸如滤波单元103耦接至输出端OUT。通常滤波单元103用于将切换电压输出端SW处的切换电压VSW进行滤波以提供平滑的输出电压Vo。图1所示的示例性实施例中，滤波单元103包括感性储能元件Lo和容性储能元件Co，该感性储能元件的第一端耦接切换电压输出端SW以接收切换电压VSW，其第二端耦接至输出端OUT，该容性储能元件Co的第一端耦接输出端OUT，其第二端耦接至参考地GND。图1所示的示例性实施例中，高侧开关MHS和低侧开关MLS的耦接方式构成降压型拓扑，因而本示例中的开关型功率变换器100可以称为开关型降压电压转换电路。高侧开关MHS可以看作开关单元101中的主开关，通常可以将主开关(例如，图1中示意的高侧开关MHS)的导通与关断切换看作开关单元101的导通与关断切换。控制电路102控制低侧开关MLS进行与主开关(高侧开关MHS)互补的导通和关断切换。在开关型功率变换器100中开关单元101的导通与关断切换将产生切换电流，例如高侧开关MHS和低侧开关MLS的导通与关断切换分别产生高侧电流IHS和低侧电流ILS，流经滤波单元103的感性储能元件Lo时产生电感电流IL。
在图示的实施例中，控制电路102的一个输入端接收表征输出电压Vo的反馈信号VFB，另一输入端接收表征所述输出电压Vo的期望值的第一参考信号REF1，并基于该反馈信号VFB和该第一参考信号REF1产生表征该反馈信号VFB和该第一参考信号REF1之差值的差值放大信号VCOMP。控制电路102还被构建将该差值放大信号VCOMP与表征所述切换电流(IHS或ILS)或电感电流IL的采样信号VSEN2比较产生脉冲宽度调制信号PWM，基于该脉冲宽度调制信号PWM和时钟信号CLOCK产生控制信号DR1和DR2，分别控制所述高侧开关MHS和所述低侧开关MLS的切换。如此，控制电路102中形成负反馈环路以调整输出电压Vo。
在一个示例性的实施例中，开关型功率变换器100还包括反馈电路，耦接至所述输出端OUT，并以反馈系数KFB采样所述输出电压Vo，以提供反馈信号VFB，即VFB＝KFB*Vo。参考图1示意，该反馈电路示例性地包括第一反馈电阻Rf1和第二反馈电阻Rf2串联耦接于输出端OUT和参考地GND之间，该第一反馈电阻Rf1和第二反馈电阻Rf2的公共连接端作为反馈输出端，提供所述反馈信号VFB，则在此示例中KFB＝Rf2/(Rf1+Rf2)。
根据本公开的一个实施例，参考图1的示例，控制电路102可以包括：误差放大单元201、脉冲宽度调制单元202和逻辑控制单元203。
误差放大单元201用于分别接收所述反馈信号VFB和所述第一参考信号REF1，并将该反馈信号VFB和该第一参考信号REF1进行运算，以提供表征该反馈信号VFB和该第一参考信号REF1之差值的差值信号VCOMP。在一个实施例中，误差放大单元201示例性地可以包括误差放大器2011，具有第一放大器输入端(例如图1中的“-”输入端)、第二放大器输入端(例如图1中的“+”输入端)和放大器输出端，该第一放大器输入端用于接收所述反馈信号VFB，该第二放大器输入端用于接收所述第一参考信号REF1，该误差放大器2011用于对所述反馈信号VFB和第一参考信号REF1进行运算处理以在其放大器输出端提供所述差值信号VCOMP。在一个实施例中，误差放大器2011为跨导型误差放大器，具有跨导GEA和中频增益AEA。该跨导型误差放大器2011具有偏置电流输入端用于接收偏置电流IB，其跨导GEA由偏置电流IB与热电压VT的比值决定，即GEA＝IB/VT，其中热电压VT＝kT/q，k＝1.38×10^-23J/K，q＝1.6×10^-19C。因而在温度变化不大的情况下，热电压VT基本不变，则跨导GEA主要由偏置电流IB决定。对于采用跨导型误差放大器的控制电路102，通常还提供环路补偿单元205，耦接于跨导型误差放大器2011的放大器输出端以对负反馈环路进行环路稳定性补偿。所述差值信号VCOMP经由环路补偿单元205对反馈信号VFB和第一参考信号REF1的差值进行补偿后获得。图1中，环路补偿单元205示例性地包括第一补偿电容CC1、第二补偿电容CC2和补偿电阻RC，其中第一补偿电容CC1和补偿电阻RC串联耦接于放大器输出端和参考地GND之间，第二补偿电容CC2耦接于放大器输出端和参考地GND之间。在这一示例下，跨导型误差放大器2011的中频增益AEA可以表示为AEA＝GEA*RC。环路补偿单元205可以集成并封装于功率变换器100的芯片内部，也可以不集成而作为芯片的外部元件由用户提供。例如图1示意为由用户提供至芯片的COMP引脚，以通过该COMP引脚电耦接至所述放大器输出端。
误差放大单元201还可以进一步包括跨导调整电路2012，用于为跨导型误差放大器2011提供所述偏置电流IB，以调整其跨导GEA。根据本公开的一个实施例，该跨导调整电路至少具有第一输入端，用于接收所述输出电压Vo，并至少部分地基于该输出电压Vo产生所述偏置电流IB，其中该偏置电流IB与输出电压Vo的比值为设定的转换系数KI，即IB＝KI*Vo。根据本公开的一个实施例，跨导调整电路2012可以包括电压至电流转换电路，用于以所述设定的转换系数KI将所述输出电压Vo转换为所述偏置电流IB。
脉冲宽度调制单元202用于分别接收所述差值信号VCOMP和所述采样信号VSEN2，并将该差值信号VCOMP和该采样信号VSEN2比较以提供脉冲宽度调制信号PWM。在一个实施例中，脉冲宽度调制单元202示例性地可以包括比较器，具有第一比较输入端(例如图1中的“-”输入端)、第二比较输入端(例如图1中的“+”输入端)和比较输出端，该第一比较输入端用于接收所述采样信号VSEN2，该第二比较输入端用于接收所述差值信号VCOMP，该比较器在其比较输出端提供所述脉冲宽度调制信号PWM。
逻辑控制单元203用于分别接收时钟信号CLOCK和所述脉冲宽度调制信号PWM，并基于该时钟信号CLOCK和脉冲宽度调制信号PWM提供控制信号(包括第一控制信号DR1和第二控制信号DR2)至开关单元101。该控制信号DR(例如通过第一控制信号DR1)响应于脉冲宽度调制信号PWM将高侧开关MHS关断，并基于时钟信号CLOCK将高侧开关MHS导通，同时(例如通过第二控制信号DR2)响应于脉冲宽度调制信号PWM将低侧开关MLS导通，并基于时钟信号CLOCK将低侧开关MLS关断。在一个实施例中，逻辑控制单元203示例性第包括逻辑运算电路，例如触发器等。根据本公开的一个实施例，若所述采样信号VSEN2大于所述差值信号VCOMP，则第一控制信号DR1响应于脉冲宽度调制信号PWM将高侧开关MHS关断，即，脉冲宽度调制信号PWM用于在所述采样信号VSEN2大于所述差值信号VCOMP时触发逻辑控制单元203将高侧开关MHS关断。反之，若所述采样信号VSEN2小于所述差值信号VCOMP，则第一控制信号DR1不对脉冲宽度调制信号PWM作出响应。
根据本公开的一个实施例，所述采样信号VSEN2可以通过检测所述电感电流IL或者通过检测高侧电流IHS或低侧电流ILS获得。流过所述感性储能元件Lo的电感电流IL事实上在开关单元101导通(即，主开关MHS导通)期间等于所述高侧电流IHS，在开关单元103关断(即主开关MHS关断)期间等于所述低侧电流ILS。由于控制电路102将采样信号VSEN2与所述差值信号VCOMP相比较以控制功率变换器100的输入端IN至输出端OUT的电能传输之切断，因此所述差值信号VCOMP限定了所述采样信号VSEN2的大小，亦即限定了电感电流IL的大小。所以，电感电流IL事实上可以看作由所述差值信号VCOMP控制的压控电流源，误差放大器的输出端电压VCOMP至电感电流IL具有设定的控制跨导GCS。本领域的技术人员应该理解，控制跨导GCS的设置取决于开关型功率变换器100的设计和应用指标。
图2示出了图1中误差放大单元201的输出端(即COMP引脚)至功率变换器100的输出端OUT的压控模型示意图。电感电流IL可以表示为IL≈VCOMP*GCS。由图2的模型示意图可以推导出负反馈环路的带宽GBW可以由下式(1)表示：
GBW = A EA * G CS 2 π * Co * K FB = IB VT * R C * G CS 2 π * Co * K FB - - - ( 1 )
而根据本公开实施例的跨导调整电路2012提供的偏置电流IB＝KI*Vo，并且反馈系数KFB＝VFB/Vo，代入上式(1)可以得知带宽GBW的如下表达式(2)：
GBW = KI VT * R C * G CS 2 π * Co * V FB - - - ( 2 )
由式(2)可见，采用根据本公开各实施例的误差放大单元201可以使负反馈环路的带宽GBW实质上基本稳定。这是因为式(2)中的转换系数KI、热电压VT、控制跨导GCS均为设定值，在应用条件一定的情况下，补偿电阻RC和输出电容Co也不变，而反馈电压VFB在负反馈环路的调整下几乎与所述第一参考信号REF1相等，因而也几乎不变。所以由式(2)确定的带宽GBW不受输出电压Vo的期望值变化的影响。假设第一参考信号REF1的值为0.925V，一般Vo的期望值改变，例如从3V变换至5V，则需要改变反馈系数KFB，KFB(Vo＝3V)＝0.925/3，KFB(Vo＝5V)＝0.925/5。根据本公开的各实施例，通过调整跨导型误差放大器2011的跨导GEA与输出电压Vo成正比，该跨导GEA分子的Vo将带宽GBW表达式(1)中与输出电压Vo成反比的反馈系数KFB分母的Vo抵消了。
根据本公开的一个实施例，控制电路102可以进一步包括电流检测单元204。该电流检测单元204用于检测流经所述高侧开关MHS的高侧电流IHS并提供高侧电流采样信号VSEN1。在一个示例中，该电流检测单元204可以包括检测电阻、电流检测放大器或者其它公知的电流检测电路。在图1中，该电流检测单元204被示意为包括检测电阻RS和电流检测放大器CS。检测电阻RS与所述高侧开关MHS串联耦接，该电流检测放大器CS具有第一检测输入端、第二检测输入端和检测输出端，该第一检测输入端和第二检测输入端分别耦接于所述检测电阻RS的第一端和第二端，电流检测放大器CS基于流经检测电阻RS的电流在检测输出端提供所述高侧电流采样信号VSEN1。为消除次谐波振荡问题，通常控制电路102还包括斜坡补偿单元206，用于接收所述高侧电流采样信号VSEN1和斜坡补偿信号RAMP，并将二者叠加产生所述采样信号VSEN2。
图3示出了根据本公开一个实施例的跨导型误差放大器2011的电路架构示意图。在该示例中，跨导型误差放大器2011包括差分输入级301和跨导输出级302。该差分输入级301具有偏置电流输入端用于接收所述偏置电流IB，该差分输入级301可以包括结构对称的第一差分支路和第二差分支路，分别该第一差分支路用于基于所述偏置电流IB和第一参考信号REF1提供第一差分电流Id1，该第二差分支路用于基于所述偏置电流和反馈信号VFB提供第二差分电流Id2。该第一差分支路具有第一电源端、第一差分输入端和第一差分输出端，该第二差分支路具有第二电源端、第二差分输入端和第二差分输出端，其中所述第一电源端和所述第二电源端均耦接至所述偏置电流输入端以接收所述偏置电流IB；所述第一差分输入端用于接收所述第一参考信号REF1，所述第一差分支路基于该第一参考信号REF1在第一差分输出端提供第一差分电流Id1；所述第二差分输入端用于接收所述反馈信号VFB，所述第二差分支路基于该反馈信号VFB在第二差分输出端提供第二差分电流Id2。图3中差分输入级301示例性地包括：第一双极型晶体管(BJT)B1、第二BJT B2、第二BJT B3和第四BJT B4，均具有基极、发射极和集电极，并且第一BJT B1和第三BJT B3构成第一差分支路，第二BJT B2和第四BJTB4构成第二差分支路。第一BJT B的基极接收所述第一参考信号REF1，其集电极连接至参考地GND，其发射极连接至第三BJT B3的基极。第三BJT B3的发射极与第四BJT B4的发射极相连接并用于接收所述偏置电流IB，第三BJT B3的集电极用于提供所述第一差分电流Id1。第二BJT B2的基极接收所述反馈信号VFB，其集电极连接至参考地GND，其发射极连接至第四BJT B4的基极，第四BJT B4的集电极用于提供所述第二差分电流Id2。
跨导输出级302包括第一电流镜、第二电流镜和输出电流镜，均具有镜像输入端和镜像输出端，其中第一电流镜用于在其镜像输入端接收所述第一差分电流Id1，并以设定的第一倍数Kd1复制该第一差分电流Id1，以在其镜像输出端提供第一复制电流Id3，即Id3＝Kd1*Id1；第二电流镜用于在其镜像输入端接收所述第二差分电流Id2，并以设定的第二倍数Kd2复制该第二差分电流Id2，以在其镜像输出端提供第二复制电流Id4，即Id4＝Kd2*Id2，其中第二倍数Kd2与第一倍数Kd1相等；输出电流镜的镜像输入端连接第二电流镜的镜像输出端以接收第二复制电流Id4，其镜像输出端与第一电流镜的镜像输出端相连接形成误差放大器2011的输出端，连接至COMP引脚；其中该输出电流镜的复制倍数为1，因而在误差放大器2011的输出端输出第二复制电流Id4与第一复制电流Id3之差值作为差分电流Id。该差分电流Id经过耦接于误差放大器2011的输出端的环路补偿模块205补偿后产生所述差值放大信号VCOMP。图3的示例中第一电流镜示意为包括第一金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)Md1和第二MOSFET Md2；第二电流镜示意为包括第三MOSFET Md3和第四MOSFET Md4；输出电流镜示意为包括第五MOSFET Md5和第六MOSFET Md6，连接关系如图所示。本领域的技术人员应该理解，图3中差分输入级301和跨导输出级302所包含的电路元件和连接仅为示例性的，不用于对本公开进行限定，在其它实施例中可以不限于采用BJT和MOSFET。
图4示出了根据本公开一个实施例的跨导调整电路2012的电路架构示意图。根据图4实施例，跨导调整电路2012(或其电流至电压转换电路)可以包括：转换模块401，用于接收所述输出电压Vo，并将该输出电压Vo以设定的第一转换系数KI1将该输出电压转换为第一电流I1，即I1＝KI1*Vo，该第一电流I1的流向为流入该转换模块401内部的方向；和电流输出模块402，用于耦接所述第一电流I1，并以设定的第二转换系数KI2将该第一电流I1转换为所述偏置电流IB，即I2＝KI2*I1，该偏置电流的流向为流出该电流输出模块402的方向。所以在图4的示例中，所述转换系数KI＝KI1*KI2。
图4中，转换模块401示例性地包括运算放大器AMP、第一晶体管M1和系数电阻R，其中该运算放大器具有正相输入端(“+”输入端)、反相输入端(“-”输入端)和输出端，该第一晶体管M1具有栅极、源极和漏极，该系数电阻R具有第一端和第二端。该运算放大器AMP的正相输入端用于接收所述输出电压Vo，其反相输入端和第一晶体管M1的源极耦接所述系数电阻R的第一端，所述系数电阻R的第二端连接至参考地GND。第一晶体管M1的栅极耦接运算放大器AMP的输出端，第一晶体管M1的漏极用于提供所述第一电流I1。在这一示例中，第一电流I1事实上可以表示为I1＝Vo/R，即KI1＝1/R，因而所述第一转换系数KI1可以通过设置所述系数电阻R的阻值设定。电流输出模块402示例性地包括：第二晶体管M2和第三晶体管M3，该第二晶体管M2和第三晶体管M3均具有栅极、源极和漏极并耦接成电流镜，其中第二晶体管M2和第三晶体管M3的源极耦接内部电源VCC，第二晶体管M2的漏极和栅极相耦接并用于接收所述第一电流I1，第三晶体管M3的栅极耦接第二晶体管M2的栅极，第三晶体管M3的漏极用于提供所述偏置电流IB。在这一示例中，偏置电流IB事实上可以表示为IB＝(W/L)3/(W/L)2*I1，即KI2＝(W/L)3/(W/L)2，(W/L)2和(W/L)3分别表示第二晶体管M2和第三晶体管M3各自的导电沟道宽长比。因而所述第二转换系数KI2可以通过设置第三晶体管和第二晶体管的沟道宽长比的比值设定。
图5示出了根据本公开另一个实施例的跨导调整电路2012的电路架构示意图。根据图5实施例，跨导调整电路2012(或其电流至电压转换电路)可以包括：转换模块501，用于接收所述输出电压Vo，并将该输出电压Vo以设定的第一转换系数KI1将该输出电压转换为第一电流I1，即I1＝KI1*Vo，该第一电流I1的流向为流入该转换模块501内部的方向；和电流输出模块502，用于耦接所述第一电流I1，并以设定的第二转换系数KI2将该第一电流I1转换为所述偏置电流IB，即I2＝KI2*I1，该偏置电流IB的流向为流出该电流输出模块502的方向。所以在图5的示例中，所述转换系数KI＝KI1*KI2。在图5中，转换模块501示例性地包括：系数电阻R、第四晶体管M4和第五晶体管M5，其中该系数电阻R具有第一端和第二端，该第四晶体管M4和第五晶体管M5均具有栅极、源极和漏极并耦接成电流镜；并且该系数电阻R的第一端耦接所述输出电压，其第二端耦接所述第四晶体管M4的漏极；该第四晶体管M4的漏极和栅极相连接，其源极接参考地GND；该第五晶体管M5的栅极与第四晶体管M4的栅极连接，其源极接参考地GND，其漏极用于提供所述第一电流I1。在这一示例中，第一电流I1事实上可以表示为I1＝Vo/R，即KI1＝1/R，因而所述第一转换系数KI1可以通过设置所述系数电阻R的阻值设定。电流输出模块502的结构与图4中电流输出模块402的结构相同，因而不再赘述。
图6示出了根据本公开又一个实施例的跨导调整电路2012的电路架构示意图。根据图6实施例，跨导调整电路还可以具有第二输入端，用于接收所述反馈信号VFB；所述电压至电流转换电路被构建基于所述输出电压Vo和所述反馈信号VFB的差值提供第一电流，因而该第一电流为输出电压Vo与反馈信号VFB之差值的函数，示意为I(Vo-VFB)；该电压至电流转换电路还被构建基于所述反馈信号VFB提供第二电流，因而该第二电流为反馈信号VFB的函数，示意为I(VFB)，该电压至电流转换电路还被构建以采用该第二电流I(VFB)将该第一电流I(Vo-VFB)中与所述反馈信号VFB相关的部分抵消以产生所述偏置电流IB。
图7示出了根据本公开再一个实施例的跨导调整电路2012的电路架构示意图。图7实施例可以看作图6实施例更具体的实现方式。参考图7，跨导调整电路2012(或所述电流至电压转换电路)可以包括：第一转换模块701、第二转换模块702和电流输出模块703。第一转换模块701具有第一转换输入端、第二转换输入端和转换输出端，该第一转换输入端用于接收所述输出电压Vo，该第二转换输入端VFB用于接收所述反馈信号VFB，该第一转换模块701将所述输出电压与所述反馈电压的差值以设定的第三转换系数KI3转换为第一电流I1，即I1＝KI3*(Vo-VFB)。第二转换模块702具有转换输入端和转换输出端，该转换输入端用于接收所述反馈信号VFB，该第二转换模块702用于将所述反馈信号VFB以设定的第四转换系数KI4转换为第二电流I2，即I2＝KI4*VFB，其中所述第四转换系数KI4与所述第三转换系数KI3相等。电流输出模块703耦接至所述第一转换模块701的转换输出端和第二转换模块702的转换输出端，用于接收所述第一电流I1和所述第二电流I2，该电流输出模块703将该第一电流I1与该第二电流I2叠加，并输出所述偏置电流IB，即IB＝I1+I2＝KI3*Vo＝KI4*Vo。
图7中，第一转换模块701示例性地包括：运算放大器AMP2、第六晶体管M6、第七晶体管M7和系数电阻R，其中该运算放大器AMP2具有正相输入端(“+”输入端)、反相输入端(“-”输入端)和输出端，该第六晶体管M6和第七晶体管M7均具有栅极、源极和漏极，该系数电阻R具有第一端和第二端。该系数电阻R的第一端用于接收所述输出电压Vo，其第二端耦接至运算放大器AMP2的正相输入端。该运算放大器AMP2的反相输入端用于接收所述反馈信号VFB。该第六晶体管M6的栅极耦接至该运算放大器AMP2的输出端，其漏极耦接至该运算放大器AMP2的正相输入端，其源极连接至参考地GND。该第七晶体管M7的栅极耦接至该第六晶体管M6的栅极，其源极连接至参考地GND，其漏极用于提供所述第一电流I1；在这一示例中，第一电流I1事实上可以表示为I1＝(Vo-VFB)/R，即KI3＝1/R2，因而所述第三转换系数KI3可以通过设置所述系数电阻R的阻值设定。第二转换模块702示例性地包括第二系数电阻R2、第八晶体管M8和第九晶体管M9，其中该第二系数电阻R2具有第一端和第二端，该第八晶体管M8和第九晶体管M9均具有栅极、源极和漏极并耦接成电流镜。该第二系数电阻R2的第一端耦接所述反馈信号VFB，其第二端耦接所述第八晶体管M8的漏极。该第八晶体管M8的漏极和栅极相连接，其源极接参考地GND。该第九晶体管M9的栅极与第八晶体管M8的栅极连接，其源极接参考地GND，其漏极用于提供所述第二电流I2；在这一示例中，第二电流I2事实上可以表示为I2＝(W/L)9/(W/L)8*(VFB/R2)，即KI4＝(W/L)9/(W/L)8*(1/R2)，(W/L)8和(W/L)9分别表示第八晶体管M8和第九晶体管M9各自的导电沟道宽长比，因此所述第四转换系数KI4可以通过设置所述第二系数电阻R2的阻值以及第九晶体管M9和第八晶体管M8的沟道宽长比的比值设定。在一个实施例中，可以设置第二系数电阻R2的阻值与所述系数电阻R的阻值相等，第九晶体管M9和第八晶体管M8的沟道宽长比的比值为1，从而KI4＝KI3。然而本领域的技术人员应该理解，这仅为示例性地，在其它实施例中，第二系数电阻R2的阻值与所述系数电阻R的阻值并不一定相等，第九晶体管M9和第八晶体管M8的沟道宽长比的比值也不一定为1，而是可以为其它合适的值以使第四转换系数KI4等于第三转换系数KI3。电流输出模块702的结构与图4中电流输出模块402的结构相同，因而不再赘述其连接关系。不同的是第二晶体管M2的漏极用于同时接收所述第一电流I1和所述第二电流I2从而将其叠加。
根据本公开各实施例及其变形实施方式的跨导调整电路2012、跨导型误差放大单元201及开关型功率变换器100的有益效果不应该被认为仅仅局限于以上所述的。根据本公开各实施例的这些及其它有益效果可以通过阅读本公开的详细说明及研究各实施例的附图被更好地理解。
虽然本说明书中以降压型电压转换电路为例对根据本公开各实施例的跨导调整电路、误差放大单元以及包含该跨导调整电路或误差放大单元的开关型功率变换器进行了示意与描述，但这并不意味着对本公开的限定，本领域的技术人员应该理解这里给出的结构及原理也可以适用于具有其它拓扑结构的电压转换电路，例如：升压型开关功率变换器、降压-升压型开关功率变换器、回扫型开关功率变换器等等。
因此，上述本公开的说明书和实施方式仅仅以示例性的方式对本公开实施例的跨导调整电路、误差放大单元以及包含该跨导调整电路或误差放大单元的开关型功率变换器进行了说明，并不用于限定本公开的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本公开所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本公开的精神和保护范围。

Claims (12)

1.一种跨导调整电路，用于调整开关型功率变换器中的跨导型误差放大器的跨导，其中所述开关型功率变换器用于将输入电压转换为合适的输出电压，所述跨导型误差放大器具有偏置电流输入端，用于接收偏置电流，其跨导由该偏置电流与热电压的比值决定；所述跨导调整电路包括：
第一输入端，用于接收所述输出电压；和
电压至电流转换电路，用于以设定的转换系数将所述输出电压转换为所述偏置电流。
2.根据权利要求1的跨导调整电路，其中所述电压至电流转换电路包括：
转换模块，用于接收所述输出电压，并将该输出电压以设定的第一转换系数将该输出电压转换为第一电流，该第一电流的流向为流入该转换模块内部的方向；和
电流输出模块，用于耦接所述第一电流，并以设定的第二转换系数将该第一电流转换为所述偏置电流，该偏置电流的流向为流出该电流输出模块的方向。
3.根据权利要求2的跨导调整电路，其中所述转换模块包括：
运算放大器、第一晶体管和系数电阻，其中该运算放大器具有正相输入端、反相输入端和输出端，该第一晶体管具有栅极、源极和漏极，该系数电阻具有第一端和第二端；并且
该运算放大器的正相输入端用于接收所述输出电压，其反相输入端和第一晶体管的源极耦接所述系数电阻的第一端，所述系数电阻的第二端连接至参考地，第一晶体管的栅极耦接运算放大器的输出端，第一晶体管的漏极用于提供所述第一电流；所述第一转换系数可以通过设置所述系数电阻的阻值设定。
4.根据权利要求2的跨导调整电路，其中所述电流输出模块包括：
第二晶体管和第三晶体管，该第二晶体管和第三晶体管均具有栅极、源极和漏极并耦接成电流镜，其中
第二晶体管和第三晶体管的源极耦接内部电源，第二晶体管的漏极和栅极相耦接并用于接收所述第一电流，第三晶体管的栅极耦接第二晶体管的栅极，第三晶体管的漏极用于提供所述偏置电流；其中所述第二转换系数可以通过设置第三晶体管和第二晶体管的沟道宽长比的比值设定。
5.根据权利要求2的跨导调整电路，其中所述转换模块包括：
系数电阻、第四晶体管和第五晶体管，其中该系数电阻具有第一端和第二端，该第四晶体管和第五晶体管均具有栅极、源极和漏极并耦接成电流镜；并且
该系数电阻的第一端耦接所述输出电压，其第二端耦接所述第四晶体管的漏极；
该第四晶体管的漏极和栅极相连接，其源极接参考地；
该第五晶体管的栅极与第四晶体管的栅极连接，其源极接参考地，其漏极用于提供所述第一电流；所述第一转换系数可以通过设置所述系数电阻的阻值以及第五晶体管和第四晶体管的沟道宽长比的比值设定。
6.根据权利要求1的跨导调整电路，还包括：
第二输入端，用于接收表征该输出电压的反馈电压；
所述电压至电流转换电路被构建基于所述输出电压和所述反馈电压的差值提供第一电流，并基于所述反馈电压提供第二电流，采用该第二电流将该第一电流中与所述反馈电压相关的部分抵消以产生所述偏置电流。
7.根据权利要求6的跨导调整电路，其中所述电压至电流转换电路包括：
第一转换模块，具有第一转换输入端、第二转换输入端和转换输出端，该第一转换输入端用于接收所述输出电压，该第二转换输入端用于接收表征该输出电压的反馈电压，该第一转换模块将所述输出电压与所述反馈电压的差值以设定的第三转换系数转换为第一电流；
第二转换模块，具有转换输入端和转换输出端，该转换输入端用于接收所述反馈电压，该第二转换模块将所述反馈电压以设定的第四转换系数转换为第二电流；和
电流输出模块，耦接至所述第一转换模块的转换输出端和第二转换模块的转换输出端，用于接收所述第一电流和所述第二电流，该电流输出模块将该第一电流与该第二电流叠加，并输出所述偏置电流，其中所述第三转换系数与所述第四转换系数相等。
8.根据权利要求7的跨导调整电路，其中所述第一转换模块包括：
运算放大器、第六晶体管、第七晶体管和系数电阻，其中该运算放大器具有正相输入端、反相输入端和输出端，该第六晶体管和第七晶体管均具有栅极、源极和漏极，该系数电阻具有第一端和第二端；并且
该系数电阻的第一端用于接收所述输出电压，其第二端耦接至运算放大器的正相输入端；
该运算放大器的反相输入端用于接收所述反馈电压；
该第六晶体管的栅极耦接至该运算放大器的输出端，其漏极耦接至该运算放大器的正相输入端，其源极连接至参考地；
该第七晶体管的栅极耦接至该第六晶体管的栅极，其源极连接至参考地，其漏极用于提供所述第一电流；所述第三转换系数可以通过设置所述系数电阻的阻值设定。
9.根据权利要求7的跨导调整电路，其中所述第二转换模块包括：
系数电阻、第八晶体管和第九晶体管，其中该系数电阻具有第一端和第二端，该第八晶体管和第九晶体管均具有栅极、源极和漏极并耦接成电流镜；并且
该系数电阻的第一端耦接所述反馈电压，其第二端耦接所述第八晶体管的漏极；
该第八晶体管的漏极和栅极相连接，其源极接参考地；
该第九晶体管的栅极与第八晶体管的栅极连接，其源极接参考地，其漏极用于提供所述第二电流；所述第四转换系数可以通过设置所述系数电阻的阻值以及第九晶体管和第八晶体管的沟道宽长比的比值设定。
10.根据权利要求7的跨导调整电路，其中所述电流输出模块包括：
第二晶体管和第三晶体管，该第二晶体管和第三晶体管均具有栅极、源极和漏极并耦接成电流镜，其中
第二晶体管和第三晶体管的源极耦接内部电源，第二晶体管的漏极和栅极相耦接，并且用于接收所述第一电流和所述第二电流；
第三晶体管的栅极耦接第二晶体管的栅极，其漏极用于提供所述偏置电流。
11.一种跨导型误差放大单元，包括根据权利要求1至10其中之一的跨导调整电路，并且进一步包括所述跨导型误差放大器。
12.一种开关型功率变换器，包括：
输入端，用于接收输入电压；
输出端，用于提供输出电压；
开关单元，基于控制信号进行导通和关断切换以将所述输入电压转换为所述输出电压，其中该开关单元的切换产生切换电流；以及
控制单元，接收表征所述输出电压的反馈电压、表征所述输出电压期望值的第一参考电压以及表征所述切换电流的采样信号，该控制单元用于基于该反馈电压和该第一参考电压产生表征该反馈电压和该第一参考电压之差值的差值放大信号，并基于该差值放大信号与所述采样信号产生所述控制信号；其中该控制单元包括
跨导型误差放大器，该跨导型误差放大器具有第一输入端、第二输入端、偏置电流输入端和放大器输出端，其第一输入端和第二输入端分别用于接收所述反馈电压和所述第一参考电压，其偏置电流输入端用于接收偏置电流，放大器输出端用于提供所述差值放大信号，并且该跨导型误差放大器的跨导由所述偏置电流与热电压的比值决定；和
根据权利要求1至10其中之一的跨导调整电路，用于为所述跨导型误差放大器提供所述偏置电流。
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