【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于集成電路，具體涉及一種cot架構高精度輸出誤差校正電路。
技術介紹
1、伴隨著新能源汽車、云計算、物聯網等新興技術的發展，高性能的電子設備日益受到人們的青睞，為其提供穩定電源的電源管理芯片產業欣欣向榮。cot架構的dc-dc變換器憑借結構簡單、響應速度快的優勢成為研究熱點之一，但傳統cot模式的穩定性嚴重依賴輸出電容的esr，且存在輸出電壓精度差的缺陷，順應高精度、低emi、快速瞬態響應的發展趨勢，本專利技術研究紋波補償電路增強反饋電壓紋波，實現穩定輸出電壓，并通過誤差校正電路產生自適應調節誤差電壓校正參考電壓，提高輸出電壓精度。同步dc-dc降壓變換器拓撲圖如圖1所示，主要包含主開關管hs，同步整流管ls，電感l，輸出電容cout、電容等效串聯電阻resr、負載電阻rl。變換器采用esr較小的陶瓷電容時，關鍵信號波形如圖2所示，輸出電壓vout紋波由resr電壓紋波vesr和cout充放電紋波vcout疊加得到，當vesr小于vcout時，輸出電壓vout紋波和反饋電壓vfb紋波由電容充放電紋波主導。由于電容電壓滯后于電流，當電感電流上升時，vout和vfb不會隨之上升，變換器導通ton時間后vfb仍小于基準電壓vref，因此變換器會重復觸發ton導通時間直到vfb大于vref，變換器連續導通兩個或兩個以上周期，稱為次諧波振蕩現象，會造成開關頻率不可控，輸出電壓紋波急劇增大。為了保證系統穩定工作，需要引入紋波補償電路增強反饋電壓紋波，但會導致vfb與vref誤差變大，因此需要高精度誤差校正模塊通過自適應校正參考電
2、現有的cot架構采用誤差放大器ea放大vref與vfb間的誤差電壓得到vc，將vfb與vc通過環路比較器比較，在ea的調節下可以改善小esr造成的輸出電壓精度下降，但是環路比較器的失調與延時會引入新的輸出誤差。還有一些電路是對紋波補償電路進行改進優化，使紋波補償電路產生谷值電壓為0的紋波電壓與vfb疊加，將谷值電壓為vfb的電壓與vref比較，由此消除紋波補償電路引入的輸出誤差，但是當占空比大幅改變時補償紋波峰峰值會改變，使紋波電壓的谷值出現偏差，誤差校正的效果大幅下降。
技術實現思路
1、為達到上述目的，本專利技術的技術方案如下：一種cot架構高精度輸出誤差校正電路，所述電路包括紋波補償模塊、誤差校正模塊以及求和比較器，通過合適的紋波補償網絡增強反饋電壓的紋波，并通過誤差校正電路在負載變化時檢測輸出電壓，產生快速自適應調節的誤差電壓，在求和比較器中動態地校正基準電壓，消除引入紋波補償后反饋電壓與參考電壓之間的誤差，在大負載寬范圍條件下實現輸出電壓的誤差校正。
2、作為本專利技術的一種改進，所述紋波補償模塊產生與開關節點sw同相的方波信號vp和反相的方波信號vn，通過濾波網絡產生與電感電流il同相的紋波電壓vripplep和反相的紋波電壓vripplen，差模信號通過跨導放大器相減消除共模成分，得到直流值為零的紋波電流。
3、作為本專利技術的一種改進，所述得到直流值為零的紋波電流iripple，輸出到求和比較器中轉換成電壓，疊加在參考電壓vfb上得到紋波增強電壓vfbn。
4、作為本專利技術的一種改進，當負載變化導致輸出電壓出現波動時，補償紋波隨占空比變化而變化，紋波增強電壓vfbn1與vfbn2具有不同的峰峰值vpp1與vpp2，誤差校正模塊隨占空比變化產生自適應調整的誤差電壓voffset1與voffset2，疊加在vref上實現不同占空比下參考電壓的動態校正，使得負載變化時vfb與vref仍然相等，消除了反饋電壓和參考電壓之間的半紋波誤差。
5、作為本專利技術的一種改進，所述求和比較器將vfb紋波增強和vref誤差校正后，通過運算放大器比較vfbn和vrefn，當vfbn下降到vrefn時，輸出信號vcomp通過邏輯控制模塊控制主開關管導通，以維持系統穩定工作和改善系統的輸出精度。
6、作為本專利技術的一種改進，所述紋波補償模塊利用分壓網絡和濾波網絡產生紋波補償電壓，通過跨導放大器將差模電壓轉換成直流值為零的紋波電流輸出，通過電阻ra1、ra2對開關節點電壓vsw分壓，分壓電阻比例以保證后級跨導放大器的共模輸入電平處于正常工作范圍內，實現寬輸入范圍，輸入電壓vin通過ldo結構產生設置電阻比例使vldo＝avin為反相器和傳輸門供電，通過兩級反相器產生與vsw同相、幅值為avin的方波信號vp，通過濾波網絡r1c1得到紋波電壓vripplep，其直流電壓：
7、vdc＝avin*d＝avout
8、主開關管導通時，c1電壓上升斜率：
9、
10、同步整流管導通時，c1電壓下降斜率：
11、
12、因此，當r1c1與電感l匹配時，可以得到與電感電流同相的紋波vripplep，其峰峰值：
13、
14、其中自適應恒定導通時間ton＝droncon，ron和con是決定變換器ton的電阻和電容，與濾波網絡中的r1c1匹配且r1c1＝n1roncon，可得：
15、
16、通過反相器和傳輸門得到與vp反相的方波信號vn，傳輸門保證兩者相位相反，經過與r1c1相等的濾波網絡r0c0得到與電感電流反相的紋波電壓vripplen，差模信號vripplep和vripplen通過跨導放大器作用后消除共模成分，得到直流值為零的紋波電流：
17、
18、作為本專利技術的一種改進，當負載變化輸出電壓出現波動時，補償紋波電壓峰峰值隨變換器工作在不同占空比變化，使基準電壓減去固定電壓無法保證所有情況下變換器都能實現高精度輸出，因此需要產生自適應調節誤差電壓動態地校正基準電壓，紋波補償模塊產生的差模電壓vripplen和vripplep通過電阻rc1、rc2得到直流共模電壓vdc＝avout，輸入電壓vin通過分壓電阻rb1、rb2采樣得到電壓：
19、
20、運放op2和op3通過負反饋環路分別將avout和bvin轉化為電流：
21、
22、pm1、pm2、pm3、pm4寬長比相等，pm5、pm6寬長比相等，nm9、nm10寬長比相等，通過電流鏡可以實現等比例復制電流，采用亞閾值設計即nm2、nm3、nm4、nm5工作在亞閾值區，其漏源電流和柵源電壓的關系可以表示為：
23、
24、式中i0為亞閾值電流指前因子，正比于w/l，m>1，是亞閾值斜率因子，k是波爾茲曼常數，t是溫度，q是電子電荷，工作在亞閾值區的mos管漏源電流遠小于飽和區，可以降低靜態功耗，亞閾值區mos管柵源電壓和漏源電流的關系為：
25、
26、根據基爾霍夫電壓定律，nm2、nm3、nm4、nm5柵源電壓關系為：
27、
28、即：
29、
30、化簡可得nm5的漏源電流：
【技術保護點】
1.一種COT架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，所述電路包括紋波補償模塊、誤差校正模塊以及求和比較器，通過合適的紋波補償網絡增強反饋電壓的紋波，并通過誤差校正電路在負載變化時檢測輸出電壓，產生快速自適應調節的誤差電壓，在求和比較器中動態地校正基準電壓，消除引入紋波補償后反饋電壓與參考電壓之間的誤差，在大負載寬范圍條件下實現輸出電壓的誤差校正。
2.根據權利要求1所述的一種COT架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，所述紋波補償模塊產生與開關節點SW同相的方波信號VP和反相的方波信號VN，通過濾波網絡產生與電感電流IL同相的紋波電壓VRIPPLEP和反相的紋波電壓VRIPPLEN，差模信號通過跨導放大器相減消除共模成分，得到直流值為零的紋波電流。
3.根據權利要求2所述的一種COT架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，所述得到直流值為零的紋波電流IRIPPLE，輸出到求和比較器中轉換成電壓，疊加在參考電壓VFB上得到紋波增強電壓VFBN。
4.根據權利要求3所述的一種COT架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，當負載變化導致輸出電壓出
5.根據權利要求4所述的一種COT架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，所述求和比較器將VFB紋波增強和VREF誤差校正后，通過運算放大器比較VFBN和VREFN，當VFBN下降到VREFN時，輸出信號VCOMP通過邏輯控制模塊控制主開關管導通，以維持系統穩定工作和改善系統的輸出精度。
6.根據權利要求1所述的一種COT架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，所述紋波補償模塊利用分壓網絡和濾波網絡產生紋波補償電壓，通過跨導放大器將差模電壓轉換成直流值為零的紋波電流輸出，通過電阻Ra1、Ra2對開關節點電壓VSW分壓，分壓電阻比例以保證后級跨導放大器的共模輸入電平處于正常工作范圍內，實現寬輸入范圍，輸入電壓VIN通過LDO結構產生設置電阻比例使VLDO＝aVIN為反相器和傳輸門供電，通過兩級反相器產生與VSW同相、幅值為的方波信號VP，通過濾波網絡R1C1得到紋波電壓VRIPPLEP，其直流電壓：
7.根據權利要求1所述的一種COT架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，當負載變化輸出電壓出現波動時，補償紋波電壓峰峰值隨變換器工作在不同占空比變化，使基準電壓減去固定電壓無法保證所有情況下變換器都能實現高精度輸出，因此需要產生自適應調節誤差電壓動態地校正基準電壓，紋波補償模塊產生的差模電壓VRIPPLEN和VRIPPLEP通過電阻Rc1、Rc2得到直流共模電壓VDC＝aVOUT，輸入電壓VIN通過分壓電阻Rb1、Rb2采樣得到電壓：
8.根據權利要求1所述的一種COT架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，紋波補償模塊輸出的紋波電流IRIPPLE轉化成峰峰值適當的紋波電壓VRIPPLE后疊加到VFB上，誤差校正模塊輸出的誤差電流IOFFSET轉化成誤差電壓VOFFSET后疊加到VREF上，通過運算放大器比較紋波增強電壓VFBN和誤差校正后的新參考電壓VREFN，輸出信號VCOMP通過邏輯控制模塊決定主開關管是否導通，實現VFB與VREF的半紋波誤差消除，提高輸出電壓精度，來自紋波補償模塊的紋波電流IRIPPLE流過R5重新生成紋波補償電壓VRIPPLE＝IRIPPLER5，其峰峰值：
...【技術特征摘要】
1.一種cot架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，所述電路包括紋波補償模塊、誤差校正模塊以及求和比較器，通過合適的紋波補償網絡增強反饋電壓的紋波，并通過誤差校正電路在負載變化時檢測輸出電壓，產生快速自適應調節的誤差電壓，在求和比較器中動態地校正基準電壓，消除引入紋波補償后反饋電壓與參考電壓之間的誤差，在大負載寬范圍條件下實現輸出電壓的誤差校正。
2.根據權利要求1所述的一種cot架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，所述紋波補償模塊產生與開關節點sw同相的方波信號vp和反相的方波信號vn，通過濾波網絡產生與電感電流il同相的紋波電壓vripplep和反相的紋波電壓vripplen，差模信號通過跨導放大器相減消除共模成分，得到直流值為零的紋波電流。
3.根據權利要求2所述的一種cot架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，所述得到直流值為零的紋波電流iripple，輸出到求和比較器中轉換成電壓，疊加在參考電壓vfb上得到紋波增強電壓vfbn。
4.根據權利要求3所述的一種cot架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，當負載變化導致輸出電壓出現波動時，補償紋波隨占空比變化而變化，紋波增強電壓vfbn1與vfbn2具有不同的峰峰值vpp1與vpp2，誤差校正模塊隨占空比變化產生自適應調整的誤差電壓voffset1與voffset2，疊加在vref上實現不同占空比下參考電壓的動態校正，使得負載變化時vfb與vref仍然相等，消除了反饋電壓和參考電壓之間的半紋波誤差。
5.根據權利要求4所述的一種cot架構高精度輸出誤差校正電路，其特征在于，所述求和比較器將vfb紋波增強和vref誤差校正后，通過運算放大器比較vfbn和vrefn，當vfbn下降到vrefn時，輸出信號vcomp通過邏輯控制模塊控制主開關管導通，以維持系統...
【專利技術屬性】
技術研發人員：梁玉佳，張瑛，馬瑜禧，曹亮，安欣悅，任靜，
申請(專利權)人：南京郵電大學，
類型：發明
國別省市：
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