一种升压型PFM控制DC/DC转换器
迈肯思科技
发布时间:2019-11-29
  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。

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