CN114844474A - 一种用于大电流dcdc电源模块的误差放大器 - Google Patents

一种用于大电流dcdc电源模块的误差放大器 Download PDF

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夏雪
王婉
王勇
袁婷
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Abstract

本发明公开了一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器,包括软启动电路和误差放大器主电路。软启动电路用于在启动时稳定上升电压;误差放大器主电路用于比较反馈电压VFB与基准电压VREF,与补偿电容形成一个远离原点的次主极点。本发明应用于大电流DCDC电源模块中,在技术上通过增大误差放大器的跨导,减小输出电阻,使误差放大器输出端的极点位置远离原点位置,作为电源模块系统的次主极点,保证系统稳定性。

Description

一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器
技术领域
本发明属于开关电源技术领域,具体属于一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器。
背景技术
随着电子系统的规模扩展和运算能力的大幅增加,尤其高质量图像采集,处理,传送的应用,对电子系统的供电电源要求具有更大的负载能力和更快的瞬态响应速度。现代电子系统,如高性能通信、服务器和计算系统中的ASIC、FPGA和处理器需要使用能直接从12V或中间总线生成1.0V(或更低)电压的核心电源,并要求供电电源提供高达十几安培甚至上百安培的带载能力。
众所周知,电流模式的DCDC转换器通常包含两个极点和一个零点,设置相应零极点位置以保证系统稳定。在大电流DCDC电源模块中,为保证输出电压的稳定性和瞬态响应要求,输出电容需要配置得高达几百甚至几千微法,使得输出端极点接近原点位置,这样该极点只能作为大电流DCDC电源模块系统的主极点,那么要求系统中误差放大器输出端的极点作为次主极点,才能更好地保证系统的稳定和更好的瞬态响应性能。
然而现有技术中误差放大器输出端的极点并不能作为次主极点,不能满足应用的需求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器,用以解决上述问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器,包括软启动电路和误差放大器主电路;
所述软启动电路用于在启动时稳定上升电压;
所述误差放大器主电路用于比较反馈电压VFB与基准电压VREF,与补偿电容形成一个远离原点的次主极点。
优选的,所述软启动电路包括第一P型MOS管MP1、第二P型MOS管MP2、第三P型MOS管MP3、第四P型MOS管MP4、第一N型MOS管MN1、第二N型MOS管MN2、第三N型MOS管MN3、电阻R和电容C;
所述第一P型MOS管MP1的源极、所述第二P型MOS管MP2的源极与内部电源INTVCC连接;
所述第一P型MOS管MP1的栅极、所述第一P型MOS管MP1的漏极、所述第二P型MOS管MP2的栅极与外部偏置电流IBIAS1连接;
所述第二P型MOS管MP2的漏极、所述第三P型MOS管MP3的源极与所述第四P型MOS管MP4的源极连接;
所述第三P型MOS管MP3的栅极、所述第三N型MOS管MN3的漏极与外部基准电压VREF连接;
所述第三P型MOS管MP3的漏极与所述第一N型MOS管MN1的漏极、所述第一N型MOS管MN1的栅极、所述第二N型MOS管MN2的栅极连接;
所述第四P型MOS管MP4的栅极与外部软启动电压VSS连接,所述第四P型MOS管MP4的漏极与所述第二N型MOS管MN2的漏极、所述第三N型MOS管MN3的栅极、所述电容C的一端连接;所述电容C的另一端与所述电阻R的一端连接,所述第一N型MOS管MN1的源极、所述第二N型MOS管MN2的源极、所述第三N型MOS管MN3的源极、所述电阻R的另一端与地端GND连接。
进一步的,所述软启动电压VSS是通过电流对电容充电形成的一个斜波电压。
进一步的,当软启动电压VSS低于基准电压VREF时,将基准电压VREF拉低,基准电压VREF跟随软启动电压VSS增大,直至软启动电压VSS高于基准电压VREF时,软启动电路失去作用,基准电压VREF固定于设定值。
优选的,所述误差放大器主电路包括第五P型MOS管MP5、第六P型MOS管MP6、第七P型MOS管MP7、第八P型MOS管MP8、第九P型MOS管MP9、第十P型MOS管MP10、第十一P型MOS管MP11、第十二P型MOS管MP12、第十三P型MOS管MP13、第十四P型MOS管MP14、第十五P型MOS管MP15、第四N型MOS管MN4、第五N型MOS管MN5、第六N型MOS管MN6、第七N型MOS管MN7、第八N型MOS管MN8、第九N型MOS管MN9、第十N型MOS管MN10、第十一N型MOS管MN11、第十二N型MOS管MN12、第十三N型MOS管MN13和第十四N型MOS管MN14;
所述第五P型MOS管MP5的源极、所述第六P型MOS管MP6的源极、所述第八P型MOS管MP8的源极、所述第十二P型MOS管MP12的源极、所述第十四P型MOS管MP14的源极与内部电源INTVCC连接;
所述第五P型MOS管MP5的栅极、所述第五P型MOS管MP5的漏极、所述第七P型MOS管MP7的栅极、所述第九P型MOS管MP9的栅极、所述第十三P型MOS管MP13的栅极、所述第十五P型MOS管MP15的栅极与所述第五N型MOS管MN5的漏极连接;
所述第六P型MOS管MP6的栅极、所述第八P型MOS管MP8的栅极、所述第七P型MOS管MP7的漏极与所述第六N型MOS管MN6的漏极连接;
所述第六P型MOS管MP6的漏极与所述第七P型MOS管MP7的源极连接,所述第八P型MOS管MP8的漏极与所述第九P型MOS管MP9的源极连接,所述第九P型MOS管MP9的漏极、所述第十P型MOS管MP10的源极与所述第十一P型MOS管MP11的源极连接,所述第十P型MOS管MP10的栅极与外部反馈电压VFB连接;
所述第十P型MOS管MP10的漏极与所述第七N型MOS管MN7的漏极、所述第八N型MOS管MN8的栅极、所述第十二N型MOS管MN12的栅极连接;
所述第十一P型MOS管MP11的栅极与外部基准电压VREF连接,所述第十一P型MOS管MP11的漏极与所述第九N型MOS管MN9的漏极、所述第十N型MOS管MN10的栅极、所述第十四N型MOS管MN14的栅极连接,所述第十二P型MOS管MP12的栅极、所述第十四P型MOS管MP14的栅极、所述第十三P型MOS管MP13的漏极与所述第十一N型MOS管MN11的漏极连接;
所述第十二P型MOS管MP12的漏极与所述第十三P型MOS管MP13的源极连接,所述第十四P型MOS管MP14的漏极与所述第十五P型MOS管MP15的源极连接,所述第十五P型MOS管MP15的漏极、所述第十三N型MOS管MN13的漏极与外部输出端口VC连接;
所述第四N型MOS管MN4的漏极、所述第四N型MOS管MN4的栅极、所述第五N型MOS管MN5的栅极、所述第六N型MOS管MN6的栅极与外部偏置电流IBIAS2连接;
所述第七N型MOS管MN7的栅极、所述第九N型MOS管MN9的栅极、所述第十一N型MOS管MN11的栅极、所述第十三N型MOS管MN13的栅极与外部偏置电压VBIAS连接;
所述第七N型MOS管MN7的源极与所述第八N型MOS管MN8的漏极连接,所述第九N型MOS管MN9的源极与所述第十N型MOS管MN10的漏极连接,所述第十一N型MOS管MN11的源极与所述十二N型MOS管MN12的漏极连接,所述第十三N型MOS管MN13的源极与所述第十四N型MOS管MN14的漏极连接,所述第四N型MOS管MN4的源极、所述第五N型MOS管MN5的源极、所述第六N型MOS管MN6的源极、所述第八N型MOS管MN8的源极、所述第十N型MOS管MN10的源极、所述第十二N型MOS管MN12的源极、所述第十四N型MOS管MN14的源极与地端GND连接。
进一步的,所述第七N型MOS管MN7、第八N型MOS管MN8和第九N型MOS管MN9、第十N型MOS管MN10之间版图面积的比值为1:1。
进一步的,所述第十二P型MOS管MP12、第十三P型MOS管MP13和第十四P型MOS管MP14、第十五P型MOS管MP15之间版图面积的比值为1:N,N为大于1的正整数。
进一步的,所述第十一N型MOS管MN11、第十二N型MOS管MN12和第十三N型MOS管MN13、第十四N型MOS管MN14之间版图面积的比值为1:N,N为大于1的正整数。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明提供了一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器,通过设定软启动电路和误差放大器主电路,通过软启动电路在启动时稳定上升电压;误差放大器主电路比较反馈电压VFB与基准电压VREF,根据误差放大器的输出电压VC的变化来调节反馈电压VFB,使其趋近于VREF,与补偿电容形成一个远离原点的次主极点,保证系统稳定性。本发明的误差放大器应用于大电流DCDC电源模块中,通过增大误差放大器的跨导,减小输出电阻,使误差放大器输出端的极点位置远离原点位置,作为电源模块系统的次主极点,保证系统稳定性。
附图说明
图1为本发明一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例
本发明提供了一种大跨导的误差放大器,应用于大电流DCDC电源模块中,在技术上通过增大误差放大器的跨导,减小输出电阻,使误差放大器输出端的极点位置远离原点位置,作为电源模块系统的次主极点,保证系统稳定性。
本实施例的大跨导的误差放大器具体实现形式图1所示,该电路包含两部分,第一部分为软启动电路,第二部分为误差放大器主电路。
软启动电路中软启动端口电压VSS是通过电流对电容充电形成的一个斜波电压,当软启动电压VSS低于基准电压VREF时,将基准电压VREF拉低,基准电压VREF跟随软启动电压VSS增大,直至软启动电压VSS高于基准电压VREF时,该软启动电路失去作用,基准电压VREF固定于设定值。
误差放大器主电路用来比较反馈电压VFB与基准电压VREF,当反馈电压VFB低于基准电压VREF时,误差放大器的输出电压VC被拉高,当反馈电压VFB高于基准电压VREF时,误差放大器的输出电压VC被拉低。系统后续电路根据误差放大器的输出电压VC的变化来调节反馈电压VFB,使其趋近于VREF。该误差放大器输出级的MP14和MN14取较大的宽长比,实现大跨导特性,与补偿电容形成一个远离原点的次主极点,保证系统稳定性。
软启动电路包括第一P型MOS管MP1、第二P型MOS管MP2、第三P型MOS管MP3、第四P型MOS管MP4、第一N型MOS管MN1、第二N型MOS管MN2、第三N型MOS管MN3、电阻R、电容C。
具体连接关系如下:第一P型MOS管MP1的源极、第二P型MOS管MP2的源极与内部电源INTVCC连接,第一P型MOS管MP1的栅极、第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的栅极与外部偏置电流IBIAS1连接,第二P型MOS管MP2的漏极、第三P型MOS管MP3的源极与第四P型MOS管MP4的源极连接,第三P型MOS管MP3的栅极、第三N型MOS管MN3的漏极与外部基准电压VREF连接,第三P型MOS管MP3的漏极与第一N型MOS管MN1的漏极、第一N型MOS管MN1的栅极、第二N型MOS管MN2的栅极连接,第四P型MOS管MP4的栅极与外部软启动电压VSS连接,第四P型MOS管MP4的漏极与第二N型MOS管MN2的漏极、第三N型MOS管MN3的栅极、电容C的一端连接,电容C的另一端与电阻R的一端连接,第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极、第三N型MOS管MN3的源极、电阻R的另一端与地端GND连接。
误差放大器主电路包括第五P型MOS管MP5、第六P型MOS管MP6、第七P型MOS管MP7、第八P型MOS管MP8、第九P型MOS管MP9、第十P型MOS管MP10、第十一P型MOS管MP11、第十二P型MOS管MP12、第十三P型MOS管MP13、第十四P型MOS管MP14、第十五P型MOS管MP15、第四N型MOS管MN4、第五N型MOS管MN5、第六N型MOS管MN6、第七N型MOS管MN7、第八N型MOS管MN8、第九N型MOS管MN9、第十N型MOS管MN10、第十一N型MOS管MN11、第十二N型MOS管MN12、第十三N型MOS管MN13、第十四N型MOS管MN14。
具体连接关系如下:第五P型MOS管MP5的源极、第六P型MOS管MP6的源极、第八P型MOS管MP8的源极、第十二P型MOS管MP12的源极、第十四P型MOS管MP14的源极与内部电源INTVCC连接,第五P型MOS管MP5的栅极、第五P型MOS管MP5的漏极、第七P型MOS管MP7的栅极、第九P型MOS管MP9的栅极、第十三P型MOS管MP13的栅极、第十五P型MOS管MP15的栅极与第五N型MOS管MN5的漏极连接,第六P型MOS管MP6的栅极、第八P型MOS管MP8的栅极、第七P型MOS管MP7的漏极与第六N型MOS管MN6的漏极连接,第六P型MOS管MP6的漏极与第七P型MOS管MP7的源极连接,第八P型MOS管MP8的漏极与第九P型MOS管MP9的源极连接,第九P型MOS管MP9的漏极、第十P型MOS管MP10的源极与第十一P型MOS管MP11的源极连接,第十P型MOS管MP10的栅极与外部反馈电压VFB连接,第十P型MOS管MP10的漏极与第七N型MOS管MN7的漏极、第八N型MOS管MN8的栅极、第十二N型MOS管MN12的栅极连接,第十一P型MOS管MP11的栅极与外部基准电压VREF连接,第十一P型MOS管MP11的漏极与第九N型MOS管MN9的漏极、第十N型MOS管MN10的栅极、第十四N型MOS管MN14的栅极连接,第十二P型MOS管MP12的栅极、第十四P型MOS管MP14的栅极、第十三P型MOS管MP13的漏极与第十一N型MOS管MN11的漏极连接,第十二P型MOS管MP12的漏极与第十三P型MOS管MP13的源极连接,第十四P型MOS管MP14的漏极与第十五P型MOS管MP15的源极连接,第十五P型MOS管MP15的漏极、第十三N型MOS管MN13的漏极与外部输出端口VC连接,第四N型MOS管MN4的漏极、第四N型MOS管MN4的栅极、第五N型MOS管MN5的栅极、第六N型MOS管MN6的栅极与外部偏置电流IBIAS2连接,第七N型MOS管MN7的栅极、第九N型MOS管MN9的栅极、第十一N型MOS管MN11的栅极、第十三N型MOS管MN13的栅极与外部偏置电压VBIAS连接,第七N型MOS管MN7的源极与第八N型MOS管MN8的漏极连接,第九N型MOS管MN9的源极与第十N型MOS管MN10的漏极连接,第十一N型MOS管MN11的源极与十二N型MOS管MN12的漏极连接,第十三N型MOS管MN13的源极与第十四N型MOS管MN14的漏极连接,第四N型MOS管MN4的源极、第五N型MOS管MN5的源极、第六N型MOS管MN6的源极、第八N型MOS管MN8的源极、第十N型MOS管MN10的源极、第十二N型MOS管MN12的源极、第十四N型MOS管MN14的源极与地端GND连接。
为实现大跨导特性,将第七N型MOS管MN7、第八N型MOS管MN8和第九N型MOS管MN9、第十N型MOS管MN10之间版图面积的比值设定为1:1。
第十二P型MOS管MP12、第十三P型MOS管MP13和第十四P型MOS管MP14、第十五P型MOS管MP15之间版图面积的比值设定为1:N,N为大于1的正整数。
第十一N型MOS管MN11、第十二N型MOS管MN12和第十三N型MOS管MN13、第十四N型MOS管MN14之间版图面积的比值设定为1:N,N为大于1的正整数。

Claims (8)

1.一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器,其特征在于,包括软启动电路和误差放大器主电路;
所述软启动电路用于在启动时稳定上升电压;
所述误差放大器主电路用于比较反馈电压VFB与基准电压VREF,与补偿电容形成一个远离原点的次主极点。
2.根据权利要求1所述的一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器,其特征在于,所述软启动电路包括第一P型MOS管MP1、第二P型MOS管MP2、第三P型MOS管MP3、第四P型MOS管MP4、第一N型MOS管MN1、第二N型MOS管MN2、第三N型MOS管MN3、电阻R和电容C;
所述第一P型MOS管MP1的源极、所述第二P型MOS管MP2的源极与内部电源INTVCC连接;
所述第一P型MOS管MP1的栅极、所述第一P型MOS管MP1的漏极、所述第二P型MOS管MP2的栅极与外部偏置电流IBIAS1连接;
所述第二P型MOS管MP2的漏极、所述第三P型MOS管MP3的源极与所述第四P型MOS管MP4的源极连接;
所述第三P型MOS管MP3的栅极、所述第三N型MOS管MN3的漏极与外部基准电压VREF连接;
所述第三P型MOS管MP3的漏极与所述第一N型MOS管MN1的漏极、所述第一N型MOS管MN1的栅极、所述第二N型MOS管MN2的栅极连接;
所述第四P型MOS管MP4的栅极与外部软启动电压VSS连接,所述第四P型MOS管MP4的漏极与所述第二N型MOS管MN2的漏极、所述第三N型MOS管MN3的栅极、所述电容C的一端连接;所述电容C的另一端与所述电阻R的一端连接,所述第一N型MOS管MN1的源极、所述第二N型MOS管MN2的源极、所述第三N型MOS管MN3的源极、所述电阻R的另一端与地端GND连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器,其特征在于,所述软启动电压VSS是通过电流对电容充电形成的一个斜波电压。
4.根据权利要求2所述的一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器,其特征在于,当软启动电压VSS低于基准电压VREF时,将基准电压VREF拉低,基准电压VREF跟随软启动电压VSS增大,直至软启动电压VSS高于基准电压VREF时,软启动电路失去作用,基准电压VREF固定于设定值。
5.根据权利要求1所述的一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器,其特征在于,所述误差放大器主电路包括第五P型MOS管MP5、第六P型MOS管MP6、第七P型MOS管MP7、第八P型MOS管MP8、第九P型MOS管MP9、第十P型MOS管MP10、第十一P型MOS管MP11、第十二P型MOS管MP12、第十三P型MOS管MP13、第十四P型MOS管MP14、第十五P型MOS管MP15、第四N型MOS管MN4、第五N型MOS管MN5、第六N型MOS管MN6、第七N型MOS管MN7、第八N型MOS管MN8、第九N型MOS管MN9、第十N型MOS管MN10、第十一N型MOS管MN11、第十二N型MOS管MN12、第十三N型MOS管MN13和第十四N型MOS管MN14;
所述第五P型MOS管MP5的源极、所述第六P型MOS管MP6的源极、所述第八P型MOS管MP8的源极、所述第十二P型MOS管MP12的源极、所述第十四P型MOS管MP14的源极与内部电源INTVCC连接;
所述第五P型MOS管MP5的栅极、所述第五P型MOS管MP5的漏极、所述第七P型MOS管MP7的栅极、所述第九P型MOS管MP9的栅极、所述第十三P型MOS管MP13的栅极、所述第十五P型MOS管MP15的栅极与所述第五N型MOS管MN5的漏极连接;
所述第六P型MOS管MP6的栅极、所述第八P型MOS管MP8的栅极、所述第七P型MOS管MP7的漏极与所述第六N型MOS管MN6的漏极连接;
所述第六P型MOS管MP6的漏极与所述第七P型MOS管MP7的源极连接,所述第八P型MOS管MP8的漏极与所述第九P型MOS管MP9的源极连接,所述第九P型MOS管MP9的漏极、所述第十P型MOS管MP10的源极与所述第十一P型MOS管MP11的源极连接,所述第十P型MOS管MP10的栅极与外部反馈电压VFB连接;
所述第十P型MOS管MP10的漏极与所述第七N型MOS管MN7的漏极、所述第八N型MOS管MN8的栅极、所述第十二N型MOS管MN12的栅极连接;
所述第十一P型MOS管MP11的栅极与外部基准电压VREF连接,所述第十一P型MOS管MP11的漏极与所述第九N型MOS管MN9的漏极、所述第十N型MOS管MN10的栅极、所述第十四N型MOS管MN14的栅极连接,所述第十二P型MOS管MP12的栅极、所述第十四P型MOS管MP14的栅极、所述第十三P型MOS管MP13的漏极与所述第十一N型MOS管MN11的漏极连接;
所述第十二P型MOS管MP12的漏极与所述第十三P型MOS管MP13的源极连接,所述第十四P型MOS管MP14的漏极与所述第十五P型MOS管MP15的源极连接,所述第十五P型MOS管MP15的漏极、所述第十三N型MOS管MN13的漏极与外部输出端口VC连接;
所述第四N型MOS管MN4的漏极、所述第四N型MOS管MN4的栅极、所述第五N型MOS管MN5的栅极、所述第六N型MOS管MN6的栅极与外部偏置电流IBIAS2连接;
所述第七N型MOS管MN7的栅极、所述第九N型MOS管MN9的栅极、所述第十一N型MOS管MN11的栅极、所述第十三N型MOS管MN13的栅极与外部偏置电压VBIAS连接;
所述第七N型MOS管MN7的源极与所述第八N型MOS管MN8的漏极连接,所述第九N型MOS管MN9的源极与所述第十N型MOS管MN10的漏极连接,所述第十一N型MOS管MN11的源极与所述十二N型MOS管MN12的漏极连接,所述第十三N型MOS管MN13的源极与所述第十四N型MOS管MN14的漏极连接,所述第四N型MOS管MN4的源极、所述第五N型MOS管MN5的源极、所述第六N型MOS管MN6的源极、所述第八N型MOS管MN8的源极、所述第十N型MOS管MN10的源极、所述第十二N型MOS管MN12的源极、所述第十四N型MOS管MN14的源极与地端GND连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器,其特征在于,所述第七N型MOS管MN7、第八N型MOS管MN8和第九N型MOS管MN9、第十N型MOS管MN10之间版图面积的比值为1:1。
7.根据权利要求5所述的一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器,其特征在于,所述第十二P型MOS管MP12、第十三P型MOS管MP13和第十四P型MOS管MP14、第十五P型MOS管MP15之间版图面积的比值为1:N,N为大于1的正整数。
8.根据权利要求5所述的一种用于大电流DCDC电源模块的误差放大器,其特征在于,所述第十一N型MOS管MN11、第十二N型MOS管MN12和第十三N型MOS管MN13、第十四N型MOS管MN14之间版图面积的比值为1:N,N为大于1的正整数。
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CN115567051A (zh) * 2022-10-27 2023-01-03 江苏韩娜新能源有限公司 一种用于Boost变换器的积分器以及Boost变换器

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