【導讀】運算跨導放大器(OTA)產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，在數據表中沒有介紹其參數。
然而，在設計電源電路時，忽略ESD保護電阻對OTA輸出阻抗的影響可能會對電源的反饋環路補償產生增益及相位誤差。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程。文中考慮了三種常見的補償類型——I型、II型及III型。除了推導每類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實驗方法獲得反饋控制傳遞函數。
改進型OTA模型
OTA是壓控電流源放大器(見圖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簡化模型圖
當提供了補償引腳作為封裝引腳輸出選擇時，通過OTA輸出端的電壓鉗位及限流串聯電阻的方式應用了裸片級ESD保護(見圖2)。此外，OTA包含由并聯連接的電阻(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絡一起確定。
圖2 改進的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，我們就會找到輸入電壓反饋分頻器(feedback divider)將直流增益衰減至RESD帶來的補償誤差可以忽略不計的點。
然而，采用低輸入電壓源(如汽車電池)工作的升壓轉換器不會從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，補償網絡電阻可能要求較低的值，以實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引腳的補償網絡的電阻相近，那么，電源反饋環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/II類/III類補償網絡的修改后的表達式，并將其與針對理想OTA推導出的表達式進行比較。雖然針對補償網絡響應的修改表達式將支持用于設計這些網絡的分析方法，但在某些情況下，可能有需要或必要來以實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獲得的實驗測量結果來獲取正確的OTA傳遞函數。本文推導了每種類型補償的校正因數。圖2所示的OTA模型是本文推導出的Iesd/IIesd/IIIesd型補償網絡的構建模塊。
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相關的關鍵參數包括：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未公開的參數：RESD≈542Ω及Co≈10pF。
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