一種升壓型PFM控制DC/DC轉換器技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2010-12-6 20:17    發(fā)布者:designer
關(guān)鍵詞: PFM , 升壓型 , 轉換器
各種由電池供電的電子產(chǎn)品,如手提電腦、手機、數碼相機、PDA等的電源管理系統都需要DC/DC轉換器,因此,DC/Dc轉換器的應用越來(lái)越廣泛。它的實(shí)現及控制方式也多種多樣,但輸出精度、轉換效率、啟動(dòng)電壓等是DC/DC轉換器中的核心問(wèn)題。本文介紹了一款結構簡(jiǎn)單、功能完備、輸出精度高、功耗低的升壓型PFM控制DC,DC轉換器。升壓型DC/DC轉換器結構功能框圖和工作原理從傳統升壓型DC/DC轉換器的結構和工作原理可以看出,其核心問(wèn)題是驅動(dòng)電路對開(kāi)關(guān)晶體管M的控制,本文提出了一種升壓型PFM控制DC/DC轉換器,采用內置的MOSFET作為開(kāi)關(guān)管,包括基準電壓源、誤差比較器、運放、PFM控制電路、MOSFET限流保護電路、使能控制、電壓采樣等單元電路,如圖1所示。

基本工作原理為:當外部輸入電壓VOUT≥0.9V時(shí),轉換器開(kāi)始正常工作,電路內部產(chǎn)生一個(gè)基準電壓,這個(gè)電壓與外部實(shí)際輸出反饋回來(lái)的電壓經(jīng)過(guò)誤差放大,輸出的值控制PFM電路。當輸出電壓低于額定值時(shí),誤差放大器CM輸出高電平,PFM控制電路正常工作,產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號控制大功率MOS管M不斷導通和截止,使輸出電壓上升。隨著(zhù)輸出電壓不斷上升,超過(guò)額定值時(shí),誤差放大器的輸出發(fā)生跳轉,變?yōu)榈碗娖,控制PFM電路停振,使輸出電壓保持恒定。當對外提供負載,輸出電壓低于額定值時(shí),誤差放大器的輸出又發(fā)生跳轉,恢復為高電平,控制PFM電路恢復正常工作,產(chǎn)生脈沖信號控制M不斷導通和截止,重復開(kāi)始的過(guò)程,從而實(shí)現了在DC/Dc轉換器穩定工作時(shí),輸出電壓保持在額定值。其中,利用運放OM輸出對PFM電路的控制,可以根據負載大小自動(dòng)地切換占空比系數(輕負載時(shí)占空比為58%,高負載時(shí)占空比為76%),使轉換器在輕負載情況下減小了動(dòng)態(tài)功耗,提高了轉換效率。

PFM控制電路的實(shí)現

PFM控制電路是由有多個(gè)使能端控制的振蕩器組成的,如圖2所示。其中,EN1為誤差放大器CM的輸出,EN 2為運放OM的輸出。protect為過(guò)流保護的輸出,當M電流超過(guò)預定值時(shí),protect控制振蕩器停振,使M斷路,防止損壞。

PFM控制電路模擬結果

PFM控制電路在模擬時(shí),輸出電壓VOUT的額定值取典型輸出值3.3V,模擬結果如圖3所示。

從模擬結果可以看出,此PFM控制電路的實(shí)現方式在輕負載下,可以有效降低轉換器的損耗,提高運行效率。

應用電路和仿真結果

應用電路

此轉換器的外圍元件很少,只有一個(gè)二極管、一個(gè)電感、兩個(gè)電容,應用電路如圖4所示。


 

 
在正常工作情況下,當輸入電壓在0.9V~2.4V之間變化時(shí),輸出電壓可以保持在1.8V~6.5V之間的任意值,實(shí)現了升壓DC/DC轉換。

模擬仿真結果

此DC/DC轉換器在低電壓0.9V下就可以正常工作;典型的輸入/輸出值為:VIN=2.4V,VOUT=3.3V,模擬結果如圖5、圖6所示。





從模擬結果可以看出,當負載變化時(shí),DC/DC轉換器的輸出電壓波動(dòng)范圍為±8mV,輸出電壓精度達到±0.3%;而傳統升壓型PFM控制DC/Dc轉換器的輸入電壓一般都是大于1.2V時(shí)才可以穩定工作,輸出電壓波動(dòng)范圍一般為±50mY,輸出電壓精度約為±2%?梢(jiàn),本文所設計的升壓型PFM控制DC/DC轉換器是一款低電壓、可穩定工作,且輸出紋波很低、輸出電壓精度很高的DC/DC轉換器。

結語(yǔ)

本文設計的升壓PFM控制DC/DC轉換器穩定工作時(shí),在大范圍內具有高的轉換效率、低的輸出紋波和高的輸出電壓精度,且結構簡(jiǎn)單、功耗低,是一種具有較大使用價(jià)值的DC/DC轉換器。
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stuteeei9941 發(fā)表于 2010-12-7 16:08:14
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