【導讀】運算跨導放大器(OTA)產(chǎn)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(lián)保護電阻(RESD)及電壓鉗位。器件制造商將ESD保護電阻的影響忽略不計，在數據表中沒(méi)有介紹其參數。
然而，在設計電源電路時(shí)，忽略ESD保護電阻對OTA輸出阻抗的影響可能會(huì )對電源的反饋環(huán)路補償產(chǎn)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(guò)程。文中考慮了三種常見(jiàn)的補償類(lèi)型——I型、II型及III型。除了推導每類(lèi)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(guò)實(shí)驗方法獲得反饋控制傳遞函數。
改進(jìn)型OTA模型
OTA是壓控電流源放大器(見(jiàn)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要求的裸片面積比相互競爭的電壓放大器更小(就同等帶寬而言)，常用作電源控制器及穩壓器IC的反饋放大器。
圖1 OTA簡(jiǎn)化模型圖
當提供了補償引腳作為封裝引腳輸出選擇時(shí)，通過(guò)OTA輸出端的電壓鉗位及限流串聯(lián)電阻的方式應用了裸片級ESD保護(見(jiàn)圖2)。此外，OTA包含由并聯(lián)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(wǎng)絡(luò )一起確定。
圖2 改進(jìn)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(本文稍后將推導此表達式)，并且代入參考資料中給出的補償值，我們就會(huì )找到輸入電壓反饋分頻器(feedback divider)將直流增益衰減至RESD帶來(lái)的補償誤差可以忽略不計的點(diǎn)。
然而，采用低輸入電壓源(如汽車(chē)電池)工作的升壓轉換器不會(huì )從OTA輸入電壓分頻器造成的輸入電壓增益大幅衰減獲益。相應地，補償網(wǎng)絡(luò )電阻可能要求較低的值，以實(shí)現所要求的中頻帶增益衰減。我們考慮脈寬調制(PWM) IC的控制邏輯使用起源于ESD電阻OTA端的Vctrl信號作為反饋控制信號、但在反饋環(huán)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(wǎng)絡(luò )的電阻相近，那么，電源反饋環(huán)路的仿真響應相對于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(lèi)/II類(lèi)/III類(lèi)補償網(wǎng)絡(luò )的修改后的表達式，并將其與針對理想OTA推導出的表達式進(jìn)行比較。雖然針對補償網(wǎng)絡(luò )響應的修改表達式將支持用于設計這些網(wǎng)絡(luò )的分析方法，但在某些情況下，可能有需要或必要來(lái)以實(shí)驗方式獲取所要求的傳遞函數。在那些情況下，可能要求校正因數，以從基于IC補償引腳Vc獲得的實(shí)驗測量結果來(lái)獲取正確的OTA傳遞函數。本文推導了每種類(lèi)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(wǎng)絡(luò )的構建模塊。
本文的討論中將使用NCV8871升壓控制器IC OTA的參數，以配合設計示例。在這些示例中，跟NCV8871相關(guān)的關(guān)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(gè)未公開(kāi)的參數：RESD≈542Ω及Co≈10pF。
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