一種升壓型PFM控制DC/DC轉(zhuǎn)換器

　　各種由電池供電的電子產(chǎn)品，如手提電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA等的電源管理系統(tǒng)都需要DC/DC轉(zhuǎn)換器，因此，DC/DC轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用越來越廣泛。它的實(shí)現(xiàn)及控制方式也多種多樣，但輸出精度、轉(zhuǎn)換效率、啟動電壓等是DC/DC轉(zhuǎn)換器中的核心問題。本文介紹了一款結(jié)構(gòu)簡單、功能完備、輸出精度高、功耗低的升壓型PFM控制DC/DC轉(zhuǎn)換器。

　　升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)

　　a.功能框圖和工作原理

　　從傳統(tǒng)升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)和工作原理可以看出，其核心問題是驅(qū)動電路對開關(guān)晶體管M的控制，本文提出了一種升壓型PFM控制DC/DC轉(zhuǎn)換器，采用內(nèi)置的MOSFET作為開關(guān)管，包括基準(zhǔn)電壓源、誤差比較器、運(yùn)放、PFM控制電路、MOSFET限流保護(hù)電路、使能控制、電壓采樣等單元電路，如圖1所示。

　　圖1 功能框圖

　　基本工作原理為：當(dāng)外部輸入電壓VOUT≥0.9V時，轉(zhuǎn)換器開始正常工作，電路內(nèi)部產(chǎn)生一個基準(zhǔn)電壓，這個電壓與外部實(shí)際輸出反饋回來的電壓經(jīng)過誤差放大，輸出的值控制PFM電路。當(dāng)輸出電壓低于額定值時，誤差放大器CM輸出高電平，PFM控制電路正常工作，產(chǎn)生一個脈沖信號控制大功率MOS管M不斷導(dǎo)通和截止，使輸出電壓上升。隨著輸出電壓不斷上升，超過額定值時，誤差放大器的輸出發(fā)生跳轉(zhuǎn)，變?yōu)榈碗娖?，控制PFM電路停振，使輸出電壓保持恒定。當(dāng)對外提供負(fù)載，輸出電壓低于額定值時，誤差放大器的輸出又發(fā)生跳轉(zhuǎn)，恢復(fù)為高電平，控制PFM電路恢復(fù)正常工作，產(chǎn)生脈沖信號控制M不斷導(dǎo)通和截止，重復(fù)開始的過程，從而實(shí)現(xiàn)了在DC/DC轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定工作時，輸出電壓保持在額定值。其中，利用運(yùn)放OM輸出對PFM電路的控制，可以根據(jù)負(fù)載大小自動地切換占空比系數(shù)(輕負(fù)載時占空比為58%，高負(fù)載時占空比為76%)，使轉(zhuǎn)換器在輕負(fù)載情況下減小了動態(tài)功耗，提高了轉(zhuǎn)換效率。

　　b.PFM控制電路的實(shí)現(xiàn)

　　PFM控制電路是由有多個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，EN2為運(yùn)放OM的輸出。protect為過流保護(hù)的輸出，當(dāng)M電流超過預(yù)定值時，protect控制振蕩器停振，使M斷路，防止損壞。

　　圖2 振蕩器電路結(jié)構(gòu)圖

　　c.PFM控制電路模擬結(jié)果

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

從模擬結(jié)果可以看出，此PFM控制電路的實(shí)現(xiàn)方式在輕負(fù)載下，可以有效降低轉(zhuǎn)換器的損耗，提高運(yùn)行效率。[!--empirenews.page--]

　　(a)輕負(fù)載 (b)高負(fù)載

　　圖3 不同負(fù)載時PFM控制電路脈沖波形

　　應(yīng)用電路和仿真結(jié)果

　　a.應(yīng)用電路

　　此轉(zhuǎn)換器的外圍元件很少，只有一個二極管、一個電感、兩個電容，應(yīng)用電路如圖4所示。

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

　　圖4 應(yīng)用電路圖

　　b.模擬仿真結(jié)果

　　此DC/DC轉(zhuǎn)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(jié)果如圖5、圖6所示。

　　(a) (b)

　　圖5 不同輸入電壓(VIN)情況下輸出電壓VOUT的模擬結(jié)果

　　(a)輕負(fù)載時 (b)高負(fù)載時

　　圖6 不同負(fù)載時VOUT的輸出紋波圖

　　從模擬結(jié)果可以看出，當(dāng)負(fù)載變化時，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓波動范圍為±8mV，輸出電壓精度達(dá)到±0.3%;而傳統(tǒng)升壓型PFM控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓一般都是大于1.2V時才可以穩(wěn)定工作，輸出電壓波動范圍一般為±50mV，輸出電壓精度約為±2%。可見，本文所設(shè)計的升壓型PFM控制DC/DC轉(zhuǎn)換器是一款低電壓、可穩(wěn)定工作，且輸出紋波很低、輸出電壓精度很高的DC/DC轉(zhuǎn)換器。

　　結(jié)語

　　本文設(shè)計的升壓PFM控制DC/DC轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定工作時，在大范圍內(nèi)具有高的轉(zhuǎn)換效率、低的輸出紋波和高的輸出電壓精度，且結(jié)構(gòu)簡單、功耗低，是一種具有較大使用價值的DC/DC轉(zhuǎn)換器。