一种升压型PFM控制DC/DC转换器

2011-06-10 09:37:17来源: 互联网
引言

  各种由电池供电的电子产品,如手提电脑、手机、数码相机、PDA等的电源管理系统都需要DC/DC转换器,因此,DC/DC转换器的应用越来越广泛。它的实现及控制方式也多种多样,但输出精度、转换效率、启动电压等是DC/DC转换器中的核心问题。本文介绍了一款结构简单、功能完备、输出精度高、功耗低的升压型PFM控制DC/DC转换器。

  升压型DC/DC转换器结构

  a.功能框图和工作原理

  从传统升压型DC/DC转换器的结构和工作原理可以看出,其核心问题是驱动电路对开关晶体管M的控制,本文提出了一种升压型PFM控制DC/DC转换器,采用内置的MOSFET作为开关管,包括基准电压源、误差比较器、运放、PFM控制电路、MOSFET限流保护电路、使能控制、电压采样等单元电路,如图1所示。

  

 

  图1 功能框图

  基本工作原理为:当外部输入电压VOUT≥0.9V时,转换器开始正常工作,电路内部产生一个基准电压,这个电压与外部实际输出反馈回来的电压经过误差放大,输出的值控制PFM电路。当输出电压低于额定值时,误差放大器CM输出高电平,PFM控制电路正常工作,产生一个脉冲信号控制大功率MOS管M不断导通和截止,使输出电压上升。随着输出电压不断上升,超过额定值时,误差放大器的输出发生跳转,变为低电平,控制PFM电路停振,使输出电压保持恒定。当对外提供负载,输出电压低于额定值时,误差放大器的输出又发生跳转,恢复为高电平,控制PFM电路恢复正常工作,产生脉冲信号控制M不断导通和截止,重复开始的过程,从而实现了在DC/DC转换器稳定工作时,输出电压保持在额定值。其中,利用运放OM输出对PFM电路的控制,可以根据负载大小自动地切换占空比系数(轻负载时占空比为58%,高负载时占空比为76%),使转换器在轻负载情况下减小了动态功耗,提高了转换效率。

  b.PFM控制电路的实现

  PFM控制电路是由有多个使能端控制的振荡器组成的,如图2所示。其中,EN1为误差放大器CM的输出,EN2为运放OM的输出。protect为过流保护的输出,当M电流超过预定值时,protect控制振荡器停振,使M断路,防止损坏。

  

 

  图2 振荡器电路结构图

  c.PFM控制电路模拟结果

  PFM控制电路在模拟时,输出电压VOUT的额定值取典型输出值3.3V,模拟结果如图3所示。

从模拟结果可以看出,此PFM控制电路的实现方式在轻负载下,可以有效降低转换器的损耗,提高运行效率。

  

 

  (a)轻负载 (b)高负载

  图3 不同负载时PFM控制电路脉冲波形

  应用电路和仿真结果

  a.应用电路

  此转换器的外围元件很少,只有一个二极管、一个电感、两个电容,应用电路如图4所示。

  在正常工作情况下,当输入电压在0.9V~2.4V之间变化时,输出电压可以保持在1.8V~6.5V之间的任意值,实现了升压DC/DC转换。

  

 

  图4 应用电路图

  b.模拟仿真结果

  此DC/DC转换器在低电压0.9V下就可以正常工作;典型的输入/输出值为:VIN=2.4V,VOUT=3.3V,模拟结果如图5、图6所示。

  

 

  (a) (b)

  图5 不同输入电压(VIN)情况下输出电压VOUT的模拟结果

  

 

  (a)轻负载时 (b)高负载时

  图6 不同负载时VOUT的输出纹波图

  从模拟结果可以看出,当负载变化时,DC/DC转换器的输出电压波动范围为±8mV,输出电压精度达到±0.3%;而传统升压型PFM控制DC/DC转换器的输入电压一般都是大于1.2V时才可以稳定工作,输出电压波动范围一般为±50mV,输出电压精度约为±2%。可见,本文所设计的升压型PFM控制DC/DC转换器是一款低电压、可稳定工作,且输出纹波很低、输出电压精度很高的DC/DC转换器。

  结语

  本文设计的升压PFM控制DC/DC转换器稳定工作时,在大范围内具有高的转换效率、低的输出纹波和高的输出电压精度,且结构简单、功耗低,是一种具有较大使用价值的DC/DC转换器。

关键字:控制

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0610/article_6531.html
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