解析比较器如何应用于开关电源模块

　　比较器可以比较一个MTD2002模拟信号和另一个开关电源模块模拟信号或者参考信号，并且输出比较得到的MTD2002二进制信号。这里所说的开关电源模块模拟信号是指在任何给定时刻幅值都连续变化的信号，严格意义上讲，二进制信号在任何时刻只能取得两个给定值中的一个。

　　比较器被广泛使用于开关电源模块和数模转换器中，此外还应用于MTD2002过零检测系统(zero-crossing detectors)、峰值检测系统(peak detecto-rs)、全波整形系统(full-waverectifiers)等。

　　1 比较器的设计

　　本文设计的开关电源模块比较器是一个高增益的三级比较器，第一级为普通差分放大器，第二级为折叠式共源共栅差分放大器，第三级为MTD2002共源极放大器和一个推挽式开关电源模块反向放大器。另外还有一个为放大器提供偏置的偏置电路。

　　1.1 比较器一级放大器

　　第一级放大器即比较器的输入级电路，如图1所示，为普通结构的差分开关电源模块放大器，和带隙基准电压源的运算放大器的第一级结构基本相同，所以不再对其进行分析。调节管子参数使其所有管子处于饱和区，仿真其增益一频率特性，结果如图1所示。

　　1.2 比较器第二级放大器

　　比较器的第二级MTD2002放大器又称中间级或增益极。采用PMOS管作为折叠式共源共栅结构的的输入管，开关电源模块电路如图2所示。PMOS管可以采用以衬源短接以消除衬偏效应。对其进行输出增益仿真如图3所示。

　　1.3 比较器输出级

　　如图4所示，输出级由M13和M14组成的共源极放大MTD2002电路和M15和M16组成的推挽式反向放大器共同组成。

　　1.4 偏置电路设计

　　如图5所示，偏置MTD2002电路采用共源共栅电流镜的，开关电源模块二极管连接的M19、M21和M23用来作为分压电路，调节管子参数使所有管子处于饱和区。

　　2 比较器的仿真结果分析

　　基于0.1 8μm CMOS工艺在Hspice下进行仿真。采用电源电压VDD=1.8V。

　　首先对本文设计的MTD2002比较器进行瞬态仿真，当输入Vin1=0.6V，Vin2=sin(0.6 500m 1k)时，开关电源模块输入输出波形如图6所示。图3所示的是一级输出、二级输出和三级共源级输出的波形。

　　对开关电源模块输出的增益进行仿真。可见最大增益为143dB。在-3dB处增益为143dB，频率为377kHz。用.meas语句测试其最大增益、-3dB增益和-3dB增益频率。

　　3 结束语

　　文中MTD2002电路图在LTspice下得到netlist后，在Hspice中进行仿真。文献中开关电源模块增益为104dB，开关电源模块工作频率145kHz，文献的增益为104dB，工作频率为710kHz。本文和文献在结构上都采用MTD2002三级结构，可见本文设计的比较器既可用作PWM比较器也可用于限流比较器，其本质都是相同的。