一种温度补偿晶体振荡器芯片的设计——算法分析及补偿、修调电路设计。声明：本人..
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一种温度补偿晶体振荡器芯片的设计——算法分析及补偿、修调电路设计
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LM324集成芯片内部电路分析
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1 引言低成本、高效率、小型化、离线式调节是开关电源发展的必然趋势。意法半导体公司生产的VIPer50是将功率MOSFET与PWM控制器集成在同一芯片的单片开关电源集成电路，它是目前最具代表性的五端单片开关电源器件。该芯
1 引言低成本、高效率、小型化、离线式调节是开关电源发展的必然趋势。意法半导体公司生产的VIPer50是将功率MOSFET与PWM控制器集成在同一芯片的单片开关电源集成电路，它是目前最具代表性的五端单片开关电源器件。该芯片简化了50W以下开关电源电路的拓朴结构，使得开关电源的效率和可靠性大幅度提高，同时大大降低了电源电路的体积与制造成本。2　VIPer50的结构特点VIPer50在芯片上集成了开关管、驱动级、振荡器、PWM控制器、欠压锁存电路、宽带误差放大器、延迟电路、消隐电路、过载和超温保护电路等，实现了单片集成化，内部结构框图如图1所示。图1　VIPer50内部结构框图VIPer50的主要特点如下：(1)集优化的高压纵向功率MOSFET、脉宽调制器(PWM)和各种保护电路于一体，使外围元件减少20~50个，提高了系统的可靠性并降低成本。(2)工作电压范围为85~265VAC，适合于世界各地的工频电源，无需电压选择开关。(3)转换效率高，待机电流小。具有独特的突发模式控制功能，当电源处于待机状态时自动进入突发模式，消耗功率低于1W，符合欧洲&蓝天使&的待机标准。(4)既可工作于固定频率(约200kHz)方式，也可工作于用户调整方式或同步方式，最高工作频率可设置为300kHz。(5)开机软启动，并具备完善的保护功能，例如欠压磁滞锁存、超温关机、过压限制保护等。(6)不需要外围电流检测电路，利用MOSFET的导通电阻RDS(on)来检测和控制流它的电流，与分立MOSFET的作用不相同。3　VIPer50的引脚功能VIPer50采用了PENTAWATT　HV、PENTAWATT　HV(220)、PowerSO-TOTM三种的封装，各引脚功能描述如下：漏极引脚(DRAIN)，内部连接高压功率MOSFET的漏极引脚。在电源启动期间，通过高压电流源为内部控制电路提供偏置电流，在电源正常工作期间关闭高压电流源。源极引脚(SOURCE)，内部连接功率MOSFET的源极引脚。电源供电引脚(VDD)，该引脚有两种功能：(1)给内部控制电路提供电源电压，当VDD引脚电压低于8V时，功率MOSFET关断，启动电流源被激活， VDD引脚偏置电流约2mA，COMP对地短路。当VDD电压升高到11V阈值电压时，启动电流源自动关闭，器件开始转换，变压器向负载供电。(2)内部连接误差放大器，允许初级调节设置和次级调节设置。控制引脚(COMP)，该引脚有两种功能：(1)它是误差放大器的输出端，外部连接RC网络用于回路补偿。(2)当电子设备进入待机状态时，COMP引脚将电压低于0.5V，器件能自动转换到突发模式(低频工作模式)，从而降低了开关电源的损耗。频率调整引脚(OSC)，该引脚通过偏置电阻Rt连接到VDD，Rt、Ct网络决定了内部振荡频率。改变Rt、Ct的参数，可使振荡频率在30kHz~1000kHz范围内调节。Rt、Ct的取值与与振荡频率FSW之间的关系满足：当Rt&1.2k&O，Ct&15nF时，FSW&40kHz。
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数据加载中..一种LDO稳压器内部动态频率补偿电路的设计
19:18:47&&&来源:中国人民解放军92941部队
引言稳压器的调整元件通常采用PNP管或PMOS管，通过共射或共源的结构输出，因此，LDO稳压器的输出阻抗比较高，受负载的影响较大，容易造成系统的不稳定。通常利用输出电容的等效串联电阻进行频率补偿，以改善其稳定性。这种方法对输出电容有很高的要求，特别是ESR，若处理不党会提高方案的成本。本文提出了将频率设计到稳压器内部的方法，降低了对输出电容的要求，并且补偿的零点跟随负载电流变化，降低了负载电流变化对系统稳定性的影响。LDO稳压器的频率补偿原理影响LDO系统稳定性的主要因素有：误差放大器、调整管、反馈电阻网络、输出电容及其等效串联电阻和旁路电容等。LDO稳压器的典型频率响应如图1所示。其中UGF代表单位增益频率(Unity gain frequency)。虚线代表ESR的稳定范围。零点ZESR和极点Pb由RESR决定，当RESR改变时，ZESR和Pb也上下移动，使得环路稳定性受到影响。因此，为了保证系统的稳定，必须选择合适的RESR。LDO稳压器的应用资料一般会提供保证系统稳定所需RESR值的范围。通常钽电容的ESR值较为合适，并且比较准确，但其价格比较昂贵，这无疑增加了设计成本。同时，采用输出电容的等效串联阻抗进行频率补偿的另一个缺点是，ESR对LDO稳压器的瞬态响应的影响。在最坏情况下，当负载电流瞬态从零变化到最大值时，输出电压最大的瞬态变化量为： (1)其中，苩1是LDO需要的响应时间，如果忽略压摆率的影响，苩1约等于闭环带宽的倒数。芕ESR是ESR上的电压变化量。由等式可看出，ESR越大，对瞬态响应特性影响越大。针对LDO稳压器利用ESR进行频率补偿存在的不足，本文提出的内部动态频率补偿电路对此进行了改进。内部动态频率补偿电路的设计采用内部动态频率补偿电路的LDO稳压器系统如图2所示。电路内部添加了一个RC补偿网络，并采用了两级放大结构。第一级放大器采用跨导运放实现，第二级放大器采用输出阻抗较小的放大结构。从图2中可得出其主要的零极点如下：第一个极点：(2)第二个极点： (3)第三个极点： (4)零点： (5)从第一个极点Po的表达式可得出，该极点与负载电流成正比，如果内部RC网络产生的零点频率固定不变，则单位增益带宽随着负载电流变化，同时可能会引起振荡，达不到补偿的效果。针对以上问题，电路中可引入可变电阻构成的动态RC频率补偿网络，该电阻用工作在线性区的MOS管导通电阻来实现。通过在调整管处并联一个电流检测管，使其检测输出电流，以控制RC补偿网络可变电阻R的阻值，使零点Zc也随负载电流变化。当负载电流减小时，零点频率也减小；负载电流变大时，零点频率也变大。此时，零点Zc和极点Po同时随负载电流增大或减小，保证了稳定性和环路增益带宽不变。 频率补偿RC网络的具体电路如图3所示。可变电阻是M8的导通电阻，RC网络主要是由M1、M2、M4、M6、M7、M8、Cc构成的，其中M1是电流检测管，调整管M0用宽长比很大的PMOS管实现。由M3、M5、R3构成的偏置电路，可以保证M0和M1的漏/源极电压基本相等，使电流ID1以恒定的系数正比于电流IL变化，ID1通过M4和M6构成的镜像电流源决定M7的电流。则： (6)其中，M8的栅-源极电压VGS8为：VGS8＝VGS7-VGS9&&&(7) 其中，M7的栅源电压VGS7为： (8)由于第一级运放的输出阻抗较大，第二级放大器的输入阻抗也较大，并且M8没有电流流过，因此，M9的电流非常小，可以近似地认为。所以， (9)此时，M8的导通电阻为：(10)整理得： (11)&&&&&&&&&&&&&&&&&为了保证等式(10)成立，VGS8必须大于VTH，通常M7选用一个宽长比较小的MOS管，而M9选用一个宽长比较大的MOS管。由表达式(11)得出，当负载电流IL减小时，导通电阻RON变大，补偿的零点频率减小；负载电流增大时，补偿的零点频率增大。第二级放大器主要是对误差放大器的输出阻抗和调整管的栅寄生电容起隔离作用。第二级放大器的输出阻抗比较小，产生的第三个极点可在单位增益带宽之外，从而克服误差放大器的输出阻抗和调整管栅寄生电容产生的低频极点。仿真验证m该电路采用Hynix 0.5 CMOS工艺来实现。在Level28模型下，内部动态频率补偿电路的频率响应采用Hspice仿真，整个系统的相位裕度为60低澄榷ā&负载电流发生变化时，其频率响应曲线如图4所示。由图4可看出，采用内部动态频率补偿电路，其环路增益带宽不随负载电流变化，满足系统稳定性的要求。结语本文提供了一种新颖的LDO稳压器内部动态频率补偿电路。与利用ESR进行频率补偿的方法相比，此电路不仅改善了瞬态响应特性，而且在提高LDO线性稳定性的同时，大大降低了对外部电容的ESR要求。此时可以采用ESR比较小的陶瓷电容，从而在提高性能的同时，降低了LDO稳压器的应用成本。
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编辑：冀凯
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