一种dc-dc变换器的自适应线损补偿电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种DC-DC变换器的自适应线损补偿电路，包括运放、NMOS管、低边电流采样电阻和补偿电阻，所述低边电流采样电阻的一端和补偿电阻的一端共同接地，所述低边电流采样电阻的另一端与CS端连接，所述补偿电阻的另一端与Vcom端连接；所述运放的同相输入端与CS端连接，所述运放的反相输入端与Vcom端连接，所述运放的输出端与NMOS管的栅极连接；所述NMOS管的源极与Vcom端连接，所述NMOS管的漏极与DC-DC变换器的FB端连接。本发明具有不影响DC-DC变换器的转换效率、精度高、易于实现和能采用全CMOS工艺的优点。本发明可广泛应用于集成电路领域。
【专利说明】一种DC-DC变换器的自适应线损补偿电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成电路【技术领域】，尤其是一种DC-DC变换器的自适应线损补偿电 路。
【背景技术】
[0002] DC-DC变换器是利用现代电力电子技术，通过控制开关器件导通与关断的时间比 率来维持输出电压稳定的一种电源。随着大规模及超大规模集成电路的发展与应用，DC-DC 变换器的工作电流范围越来越大。在为远程负载供电时，DC-DC变换器需要很长的电源线 进行连接。在过去，人们普遍认为电源线的电阻很小，因此在考虑变换器的输出电压时直接 忽略了电源线电阻的影响。然而，随着供电电流越来越大，在电源线上所损失的电压已经不 能再忽略不计了。如图1所示，以IPAD为例，IPAD的标准充电条件是5V/2. 4A，尽管其电源 线的电阻Rwire小到ΙΟΟι?Ω，但其也会导致0. 24V的电压损失，因此到达IPAD的实际充电 电压只有4. 76V。这样导致的直接结果是充电器的充电效率降低以及电池的续航时间减少。 因此，很有必要为DC-DC变换器设计线损补偿电路，以补偿电源线上损失的电压。
[0003] 现有的DC-DC变换器中主要采用如下两种线损补偿方法：
[0004] 第一种是固定电压补偿法，即补偿的电压是固定值。IPAD就用了这种方法，事实 上，IPAD的充电器输出电压是5. 2V而不是5V，多出的0. 2V的作用就是补偿电源线上的电 压损失。然而，当充电电流变小的时候，电源线上的电压损失也会减小，补偿电压就会大于 损失的电压，导致过补偿情况的出现，此时充电电压会超过IPAD的额定充电电压，造成过 充，会直接减少电池寿命甚至损毁电池。而且，固定电压补偿法也不能改善DC-DC变换器的 负载调整率。
[0005] 第二种是自适应补偿法。目前，仅有Linear Technology公司的LT6110芯片是专 门为DC-DC变换器设计的自适应线损补偿芯片。图2是LT6110的典型应用电路，其芯片内 部的电流检测电阻RS与负载电阻RL串接，在V+和+IN之间接了 一个外部电阻RIN，并通过 运放强制使得+IN和-IN的电位相等，因此电阻RIN和电阻RS两端的电压相等。当RIN和 RS成比例时，通过它们的电流也成比例。而流过RIN的电流也流过中间的晶体管，然后通过 电流镜像，产生IOUT并输出反馈回FB端，以调整转换器的输出。当RIN的阻值和RS的阻 值设置为恰当的比例时，补偿的电压就会与RS以及RW1、RW2上的电压损失相等，从而实现 了线损补偿。由于补偿的电压是随着负载电流的变化而动态调整的，因此该方法是自适应 补偿法。然而，在使用过程中，这种方法仍存在以下缺陷或不足：
[0006] 第一，它需要一个高边电流检测电阻RS，且该电阻RS需放置在DC-DC变换器的正 输出端和负载之间。因此，对于已经含有外部限流电阻的DC-DC变换器来说，再增加一个高 边电流检测电阻，会显著降低其转换效率。
[0007] 第二，该芯片采用了晶体管电流镜，而随着工艺的偏差，电流镜镜像电流时会产生 一定的误差。
[0008] 第三，该芯片需用到一个高精度和小offset (偏移量）的运放，性能要求很高，不 易达到。
[0009] 第四，该芯片需用到BJT晶体管，限制了所采用的工艺，不能用全CMOS工艺，增加 了芯片的工艺成本。
【发明内容】
[0010] 为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种不影响DC-DC变换器转换效 率、精度高、易于实现和采用全CMOS工艺的，DC-DC变换器的自适应线损补偿电路。
[0011] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0012] 一种DC-DC变换器的自适应线损补偿电路，包括运放、NMOS管、低边电流采样电阻 和补偿电阻，所述低边电流采样电阻的一端和补偿电阻的一端共同接地，所述低边电流采 样电阻的另一端与CS端连接，所述补偿电阻的另一端与3Com端连接；所述运放的同相输入 端与CS端连接，所述运放的反相输入端与Vcom端连接，所述运放的输出端与NMOS管的栅 极连接；所述NMOS管的源极与Vcom端连接，所述NMOS管的漏极与DC-DC变换器的FB端连 接。
[0013] 进一步，所述补偿电阻Rcom与低边电流采样电阻Rset的关系满足：
【权利要求】
1. 一种DC-DC变换器的自适应线损补偿电路，其特征在于：包括运放(A)、NMOS管（M)、 低边电流采样电阻（Rset)和补偿电阻（Rcom)，所述低边电流采样电阻（Rset)的一端和补 偿电阻（Rcom)的一端共同接地，所述低边电流采样电阻（Rset)的另一端与CS端连接，所述 补偿电阻（Rcom)的另一端与Vcom端连接；所述运放(A)的同相输入端与CS端连接，所述 运放(A)的反相输入端与Vcom端连接，所述运放(A)的输出端与NMOS管（M)的栅极连接； 所述NMOS管（M)的源极与Vcom端连接，所述NMOS管的漏极与DC-DC变换器的FB端连接。
2. 根据权利要求1所述的一种DC-DC变换器的自适应线损补偿电路，其 特征在于：所述补偿电阻（Rcom)与低边电流采样电阻（Rset)的关系满足：
其中，Rf为连接在DC-DC变换器OUT端与FB端的分压电阻，Rwi和Rw2均为电源线的线 阻。
3. 根据权利要求1所述的一种DC-DC变换器的自适应线损补偿电路，其特征在于：还 包括串联在运放（A)的反相输入端和同相输入端之间的电压跟随器。
4. 根据权利要求1所述的一种DC-DC变换器的自适应线损补偿电路，其特征在于：所 述CS端还与DC-DC变换器内部的使能模块连接。
【文档编号】H02M3/155GK104333221SQ201410572754
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】郭建平, 祝磊, 陈弟虎, 丁喜冬 申请人:中山大学