改進型OTA模型優化反饋補償網絡設計
發布時間:2017-06-13 來源:Alain Laprade 責任編輯:wenwei
【導讀】運算跨導放大器(OTA)產生跟差分輸入電壓成正比的電流源輸出。為了在OTA中提供強固的靜電放電(ESD)保護性能,OTA輸出與封裝引腳輸出之間的裸片上應用了限流串聯保護電阻(RESD)及電壓鉗位。器件製造商將ESD保護電阻的影響忽略不計,在數據表中沒有介紹其參數。
然而,在設計電源電路時,忽略ESD保護電阻對OTA輸出阻抗的影響可能會對電源的反饋環路補償產生增益及相位誤差。例如,ESD電阻的存在影響采用低壓輸入工作的升壓轉換器的性能。設計人員可以在其OTA模型中將ESD保護電阻考慮在內,從而避免這些增益及相位誤差。
為了配合這樣的舉措,本文介紹將ESD電阻影響考慮在內的電源OTA補償傳遞函數的推導過程。文中考慮了三種常見的補償類型——I型、II型及III型。除了推導每類補償的正確傳遞函數,還推導了ESD校正因數,使設計人員能夠通過實驗方法獲得反饋控製傳遞函數。
改進型OTA模型
OTA是壓控電流源放大器(見圖1),它的輸出電流與放大器的差分輸入成正比。放大器跨導增益定義為gm。OTA要求的裸片麵積比相互競爭的電壓放大器更小(就同等帶寬而言),常用作電源控製器及穩壓器IC的反饋放大器。

圖1 OTA簡化模型圖
當提供了補償引腳作為封裝引腳輸出選擇時,通過OTA輸出端的電壓鉗位及限流串聯電阻的方式應用了裸片級ESD保護(見圖2)。此外,OTA包含由並聯連接的電阻(R0)和電容(C0)(另一端接地)構成的輸出阻抗。放大器傳遞函數由OTA的輸出阻抗結構與外部補償網絡一起確定。

圖2 改進的OTA模型,其中包含輸出阻抗和RESD
在某些應用中,RESD對OTA傳遞函數的影響忽略不計。PFC升壓轉換器就是這樣的例子。如果我們要獲得將ESD電阻考慮在內的OTA傳遞函數的表達式(本文稍後將推導此表達式),並且代入參考資料中給出的補償值,我們就會找到輸入電壓反饋分頻器(feedback divider)將直流增益衰減至RESD帶來的補償誤差可以忽略不計的點。
然而,采用低輸入電壓源(如汽車電池)工作的升壓轉換器不會從OTA輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)分(fen)頻(pin)器(qi)造(zao)成(cheng)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)增(zeng)益(yi)大(da)幅(fu)衰(shuai)減(jian)獲(huo)益(yi)。相(xiang)應(ying)地(di),補(bu)償(chang)網(wang)絡(luo)電(dian)阻(zu)可(ke)能(neng)要(yao)求(qiu)較(jiao)低(di)的(de)值(zhi),以(yi)實(shi)現(xian)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)中(zhong)頻(pin)帶(dai)增(zeng)益(yi)衰(shuai)減(jian)。我(wo)們(men)考(kao)慮(lv)脈(mai)寬(kuan)調(tiao)製(zhi)(PWM) IC的控製邏輯使用起源於ESD電阻OTA端的Vctrl信號作為反饋控製信號、但在反饋環路測量期間不能直接獲得OTA輸出(Vctrl)的情況。如果RESD的大小跟連接至Vc引腳的補償網絡的電阻相近,那麼,電源反饋環路的仿真響應相對於測量的響應將包含增益及相位誤差。
本文介紹電力電子社群描述為I類/II類/III類補償網絡的修改後的表達式,並將其與針對理想OTAtuidaochudebiaodashijinxingbijiao。suiranzhenduibuchangwangluoxiangyingdexiugaibiaodashijiangzhichiyongyushejizhexiewangluodefenxifangfa,danzaimouxieqingkuangxia,kenengyouxuyaohuobiyaolaiyishiyanfangshihuoqusuoyaoqiudechuandihanshu。zainaxieqingkuangxia,kenengyaoqiuxiaozhengyinshu,yicongjiyuIC補償引腳Vc獲得的實驗測量結果來獲取正確的OTA傳遞函數。本文推導了每種類型補償的校正因數。圖2所示的OTA模型是本文推導出的Iesd/IIesd/IIIesd型補償網絡的構建模塊。
本文的討論中將使用NCV8871升壓控製器IC OTA的參數,以配合設計示例。在這些示例中,跟NCV8871相關的關鍵參數包括:Ro=3MΩ,gm=1.2mS,內部電壓參考Vref=1.2V。此外,我們需要運用從NCV8871 IC設計團隊獲得的兩個未公開的參數:RESD≈542Ω及Co≈10pF。
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