CN113364248A - 一种dc-dc误差放大器的输出钳位电路 - Google Patents

一种dc-dc误差放大器的输出钳位电路 Download PDF

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Abstract

本发明属于电子电路技术领域，具体涉及到一种DC‑DC误差放大器的输出钳位电路。本发明。通过利用比较器的特性，将误差放大器的输出与钳位电压的最大值和最小值进行比较，当误差放大器输出超过或低于最大最小电平时，由钳位电压输出至电流比较器的负输入端，并且当误差放大器输出较高时，可以快速拉低误差放大器输出，从而保护电路不受影响。

Description

一种DC-DC误差放大器的输出钳位电路
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种DC-DC误差放大器的输出钳位电路。
背景技术
在DC-DC电路设计中，通常是通过PWM比较器，将正输入端的电感电流采样信号与斜坡补偿信号叠加，与负输入端的误差放大器输出进行比较，产生从而来控制上功率管的关断，如果误差放大器输出出现波动，很可能会导致电路出现异常，影响了电路的安全性和工作效率。
当误差放大器输出直接连接PWM比较器时，电感电流的峰值由误差放大器输出确定，当电路中负载变为重载时，误差放大器负输入端电压下降，误差放大器输出电压增加，通过PWM比较器，延迟上功率管关断时间，此时电感充电时间会变长，会导致电感电流增大，当电感电流过大时，大电流容易损坏芯片内部；而且当误差信号到一定值时，功率管的开关信号会达到最大值100％，如果继续增大，那么在放电的前一段过程中，功率管开关信号占空比依然是100％，只有输出电压继续降低才能改变占空比，严重芯片的瞬态响应。此时就需要上钳位电平，将误差放大器输出钳位到VMAX，由VMAX来代替误差放大器的输出传输至PWM比较器，使电感电流不会过量增长从而损坏芯片。
在DC-DC电路中，当负载变为为轻载时，在充电过程中误差放大器的输出下降较快，上功率管会很快关断，电感电流较小，从而导致放电时间较短，这样会使开关次数变多，产生的开关损耗较大，电路的效率变低。一般为了提高芯片工作效率，一般会使芯片间歇工作，在待机模式和固定峰值工作模式间反复切换，即以较大的电流工作一段时间，当输出电压升高到一定值时芯片进入待机模式，停止输出直到输出电压低于一定值时芯片恢复工作。此时，就需要下钳位电平VMIN，当误差放大器输出低于VMIN时，由VMIN来代替误差放大器的输出传输至PWM比较器，从而延迟上功率管关断时间，此时电感中有充足的电流来进行释放，这样既减少了开关损耗，又提高了工作效率。
传统的输出钳位电路如图1所示，仅包括电阻R1，R2和一个PNP型三极管，所设置的钳位电压值为：
Figure BDA0003114821440000021
在输出正常时钳位电路不会工作，当输出大于Vclamp时VOUT由Vclamp代替。传统的钳位电路虽然易于实现，但是也存在一些问题，如只能实现最大值钳位；钳位电压由于电阻的存在，随工艺、温度变化严重，并不能实现精确的控制。
发明内容
本发明的目的，就是针对传统的输出钳位电路的问题，提出的一种DC-DC误差放大器的输出钳位电路，该电路不仅设置有上钳位电平VMAX，还设置有DC-DC电路在轻载时所需要的下钳位电平VMIN。因为当误差放大器的输出较高时，也会对电路其他模块有一些影响，所以本发明提出的钳位电路也有着辅助拉低误差放大器输出的功能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种DC-DC误差放大器的输出钳位电路，包括误差放大器，如图2所示，还包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管和第六NMOS管；其中，
第一PMOS管的源极接电源，第一PMOS管的栅极接第一外部偏置电压，第一PMOS管的漏极接第二PMOS管和第三PMOS管的源极；
第二PMOS管的栅极接误差放大器输出最大值的钳位电压，第二PMOS管的漏极接第一NMOS管的漏极，第一NMOS管的栅漏短接，第一NMOS管的源极接地；
第三PMOS管的栅极和第四PMOS管的源极接误差放大器的输出，第三PMOS管的漏极接第四PMOS管的栅极和第二NMOS管的漏极，第四PMOS管的漏极接地，第二NMOS管的栅极接第一NMOS管的源极，第二NMOS管的源极接地；
第五PMOS管的源极接电源，第五PMOS管的栅极接第一外部偏置电压，第五PMOS管的漏极接第六PMOS管、第七PMOS管和第八PMOS管的源极；第六PMOS管的栅极接误差放大器输出最大值的钳位电压，第七PMOS管的栅极接误差放大器的输出，第六PMOS管和第七PMOS管的漏极接地；
第八PMOS管的栅漏短接，第八PMOS管的漏极接第三NMOS管的漏极；第三NMOS管的栅极接第二外部偏置电压，第三NMOS管的源极接地；
第九PMOS管的源极接电源，第九PMOS管的栅极接第一外部偏置电压，第九PMOS管的漏极接第四NMOS管的栅极和第五NMOS管的源极；第五NMOS管的栅漏短接，第五NMOS管的源极和第六NMOS管的漏极接误差放大器输出最小值的钳位电压，第六NMOS管的栅极接第二外部偏置电压，第六NMOS管的源极接地；第四NMOS管的漏极接电源，第四NMOS管源极和第八PMOS管栅极的连接点为输出钳位电路的输出端，输出到外部PWM比较器的负输入端。
本发明的有益效果为，本发明的钳位电路，通过利用比较器的原理实现了对输出的上下钳位和保护电路的作用，提高了工作效率，由于未使用电阻，减小了温度和工艺对电路的影响，提高了准确度。
附图说明
图1为传统的输出钳位电路。
图2为本发明提出的一种DC-DC误差放大器的输出钳位电路。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的技术方案。
本发明提出的一种DC-DC误差放大器的输出钳位电路如图2所示。本发明的工作原理为:利用比较器的特性，将误差放大器的输出与钳位电压的最大值和最小值进行比较，当误差放大器输出超过或低于最大最小电平时，由钳位电压输出至电流比较器的负输入端，并且当误差放大器输出较高时，可以快速拉低误差放大器输出，从而保护电路不受影响。
MP1，MP5，MP9，MN3和MN6为通过外电路偏置，为电路提供偏置电流，并且IMP5＝2IMP8，MP8栅极连接电流比较器的负输入端。电路中有三个比较器，其中MP1，MP2，MP3，MP4，MN1,MN2组成第一个比较器，比较误差放大器输出与上钳位电压，误差放大器输出正常时，MP2关断，MP3打开，A点位高电平，MP4关断，当误差放大器输出高于上钳位电压时，MP2打开，MP3关断，此时A点电压为低电平，MP4打开，拉低误差放大器的输出。
MP5，MP6，MP7组成第二个比较器，仍然比较误差放大器输出与上钳位电压，MP6，MP7，MP8管子宽长比相同。误差放大器输出正常时，MP6关断，MP7打开，此时B点和C点的电压为：
VB＝VEA_OUT+VSG7
VC＝VB+VSG8
因为IMP5＝2IMP8，所以此时IMP7＝IMP8且MP7，MP8管子宽长比相同，由电流公式：
Figure BDA0003114821440000041
可得VSG7＝VSG8，所以VC＝VEA_OUT，当误差放大器输出高于上钳位时，MP6打开，MP7关断，由上述公式同理可得VC＝VMAX此时由上钳位电平替代误差放大器输出。
MN4为第三个比较器，通过MN4的栅极和源极将误差放大器输出与下钳位电平进行比较。
D点的电压为VMIN+Vgs5，当误差放大器正常工作时，其输出高于下钳位电压，此时M4的源端电压，即C点为VEA_OUT大于VD-Vgs5，此时M4管关断。当误差放大器输出低于下钳位电压时，通过上述可知，此时的VEA_OUT小于VD-Vgs5，MN4管打开，由VMIN来代替误差放大器输出。

Claims (1)

1.一种DC-DC误差放大器的输出钳位电路，包括误差放大器，其特征在于，还包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管和第六NMOS管；其中，
第一PMOS管的源极接电源，第一PMOS管的栅极接第一外部偏置电压，第一PMOS管的漏极接第二PMOS管和第三PMOS管的源极；
第二PMOS管的栅极接误差放大器输出最大值的钳位电压，第二PMOS管的漏极接第一NMOS管的漏极，第一NMOS管的栅漏短接，第一NMOS管的源极接地；
第三PMOS管的栅极和第四PMOS管的源极接误差放大器的输出，第三PMOS管的漏极接第四PMOS管的栅极和第二NMOS管的漏极，第四PMOS管的漏极接地，第二NMOS管的栅极接第一NMOS管的源极，第二NMOS管的源极接地；
第五PMOS管的源极接电源，第五PMOS管的栅极接第一外部偏置电压，第五PMOS管的漏极接第六PMOS管、第七PMOS管和第八PMOS管的源极；第六PMOS管的栅极接误差放大器输出最大值的钳位电压，第七PMOS管的栅极接误差放大器的输出，第六PMOS管和第七PMOS管的漏极接地；
第八PMOS管的栅漏短接，第八PMOS管的漏极接第三NMOS管的漏极；第三NMOS管的栅极接第二外部偏置电压，第三NMOS管的源极接地；
第九PMOS管的源极接电源，第九PMOS管的栅极接第一外部偏置电压，第九PMOS管的漏极接第四NMOS管的栅极和第五NMOS管的源极；第五NMOS管的栅漏短接，第五NMOS管的源极和第六NMOS管的漏极接误差放大器输出最小值的钳位电压，第六NMOS管的栅极接第二外部偏置电压，第六NMOS管的源极接地；第四NMOS管的漏极接电源，第四NMOS管源极和第八PMOS管栅极的连接点为输出钳位电路的输出端，输出到外部PWM比较器的负输入端。
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