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功耗。有信号输入时, ctrl为低电平, vh=3vdd/4, vl=vdd/4。由于比较器工作的高频状态下, 如果b点和c点直接与比较器输入端相连, 则可能会通过mos管的寄生电容对阈值电压产生电磁干扰。故本电路将b点和c点与缓冲器相连。电路仿真表明, 使用缓冲器可以有效隔离电磁干扰, 稳定阈值电压。 2.2 充放电电流的产生 与电源电压成正比的电流可由opa、mn2和r5产生。由于opa的增益很高, 因此, vref与v5之间的电压差可以忽略不计。 由于存在沟道调制效应, mp11和mn10的电流会受到源漏电压的影响, 因此, 对电容的充放电电流不再与电源电压呈线性关系。本设计中,电流镜采用cascode结构可以稳定mp11和mn10的源漏电压, 降低对电源电压的敏感程度。从交流角度看, cascode结构提高了电流源(层) 的输出电阻, 减小了输出( 入) 电流的误差。mn3、mn4、mp5 用于为mp12 提供偏置电压。mp8、mp10、mn6则可为mn9提供偏置电压。 2.3 逻辑控制部分 触发器的输出clk和clk为相位相反的方波信号, 可用来控制mp
s端电压增加了vcs后,r4上的电压也增加vcs,r5上的电压也应该增加vcs.这就要求r5上的电流增加vcs/r5,由于i6保持不变,则应该使i3增加vcs/r5.vcs为电感电流作用于一个小的采样电阻上产生的压降,vcs的变化情况反映了电感电流的变化情况,且vcs变化大小完全正比于电感电流的变化大小。假设采样电阻为rs,电感电流的斜率为k,则i3的斜率为krs/r5.设电感电流的上升斜率和下降斜率分别为k1与k2,对应的i3的斜率分别为k1rs/r5和k2rs/r5.电流叠加模块由mp10、mp11、r3和q3组成。从图2可以看出,vslope比电容c1上的电压高一个vbe,而在图3中又下降了一个vbe后作用于r2上,相当于电容c1上的电压直接作用于电阻r2上。结合(2)式,电流i2的斜率m1为: 电流通过镜像又作用于电阻r3之上,即可得到补偿的斜率m: mp11上的电流为采样电路的采样放大电流,此电流作用于电阻r3上,可得到此电压的斜率m′: 电感电流的下降斜率经过采样电路后转换为: 由文献[3]~[4]可知,为保证电路不发生次谐波振荡,应使m &
发器,mp3、mp2为电流源。该振荡器电路需要一个基准电压信号vref来设定施密特触发器的上、下阈值电压,电流源iref用来产生对电容c进行充放电的恒定电流。vref和iref均可由升压变换器系统内部的基准电压源和基准电流源提供。 斜坡补偿信号的产生 振荡器中电容c上的电压虽然是斜坡信号,但是电压求和不如电流求和简单,所以采用一个v-i电路把斜坡电压转换成斜坡电流,这样更容易实现斜坡补偿。具体实现电路如图3所示。 vl为施密特触发器的下阈值电压;vc为定时电容c两端的电压,vc≥vl。mp11、mp12、mp15是一组电流大小相等的镜像电流源。当vc=vl时,mn19、mn20、mn21的电流相等,即等于电流源的电流值。当vc增大,mp14上的电流减小, mp12上的一部分电流经过r4流向mp13。mn21与mn20是电流镜结构,所以,mn21的电流减小。这时,i_slope就等于流过r4的电流。 假设mp11、mp12、mp15完全匹配,mp13、mp14完全匹配,mp19、mp20、mp21完全匹配,ro为mp14的小信号输出电阻: 在i1和c固定的情况下,改变r4的阻值
振荡频率受电源电压变化的影响较大, 文献[ 1] 中所提出的方案虽然有较大改善, 但它采用了大的集成电阻, 这不仅增大了芯片面积, 而且集成电阻阻值随工艺偏差很大, 还会进一步增大环振输出频率的不稳定性。文献[ 2] 所提出的改进型环形振荡器电路频率稳定度高, 适用于电源电压变化较大的集成电路系统, 但它采用了耗尽型mos 管, 增加了电路的成本, 不利于商业开发。本文所设计的主振荡器采用如图2 所示的环形振荡器结构。vc1, vc2 分别为过压保护电路, pwm 比较器的输出信号, mp10和mp11 为带隙基准提供的镜像电流, 合理的控制镜像电流和电容c1 , c2 的大小, 即能够使主振荡器在1. 9~ 8 v 的v dd区间输出350 khz 左右较稳定的振荡频率。 3 辅助振荡器的设计 文献[ 3] 中提出的辅助振荡器电路也采用环形振荡器结构, 它利用亚阈值导通的原理, 使得起振电压降至0. 8 v, 但是这个辅助振荡器在0. 8~ 1. 9 v 的vdd区间里频率变化很大, 会在电路启动阶段造成很大的浪涌电流, 造成系统的不稳定。 图2 主振荡器电路
p4之间的次极点更靠近原点,使系统变得不稳定。为消除该极点带来的影响,在共源共栅结构的输出端加入补偿电阻r5和电容c,引入一个零点并使主极点更低。 高压管mp5~mp10为匹配电流源的输出级,主要起隔离缓冲的作用,电流镜结构避免了增加新的极点。分流结构mp7、mp8将mp5始终偏置在饱和区,从而允许流过mp9与mp10的电流最低降至0 a,使电路在空载时可以输出地电压,为芯片的进一步设计提供了方便。 p1~p12为保护管,防止低压管因漏源或栅源电压过高而被击穿。 高压管mp11、mp12、mn7与r4构成了电压补偿电路。在前述的工作原理中,电路通过将电流限制在阈值imax和imin间周期变化达到恒流控制的目的。其中电源向电感的充、放电过程中,充电速率与输入电压成正比,放电速率和芯片的延迟则与输入电压无关。这一差异导致了在输入电压变化时,电流会因在固定的延迟时间中具有不同的上升斜率和相同的下降斜率,使实际电流峰值i'max升高,影响平均电流值。该补偿电路通过将与输入电压成正比的电压vb2转换为与输入电压成正比的电流ic,使流过r3的采样电流isense对输入电压具有正相