一種升壓型PFM控制DC／DC轉換器

引言

各種由電池供電的電子產品，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轉換器的應用越來越廣泛。它的實現及控制方式也多種多樣，但輸出精度、轉換效率、啟動電壓等是DC／DC轉換器中的核心問題。本文介紹了一款結構簡單、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，其核心問題是驅動電路對開關晶體管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作為開關管，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，轉換器開始正常工作，電路內部產生一個基準電壓，這個電壓與外部實際輸出反饋回來的電壓經過誤差放大，輸出的值控制PFM電路。當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，產生一個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。隨著輸出電壓不斷上升，超過額定值時，誤差放大器的輸出發生跳轉，變為低電平，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，誤差放大器的輸出又發生跳轉，恢復為高電平，控制PFM電路恢復正常工作，產生脈沖信號控制M不斷導通和截止，重復開始的過程，從而實現了在DC／Dc轉換器穩定工作時，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地切換占空比系數(輕負載時占空比為58％，高負載時占空比為76%)，使轉換器在輕負載情況下減小了動態功耗，提高了轉換效率。

PFM控制電路的實現

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，EN 2為運放OM的輸出。protect為過流保護的輸出，當M電流超過預定值時，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，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，只有一個二極管、一個電感、兩個電容，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，輸出電壓可以保持在1.8V～6.5V之間的任意值，實現了升壓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，DC／DC轉換器的輸出電壓波動范圍為±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時才可以穩定工作，輸出電壓波動范圍一般為±50mY，輸出電壓精度約為±2％。可見，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

本文設計的升壓PFM控制DC／DC轉換器穩定工作時，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，且結構簡單、功耗低，是一種具有較大使用價值的DC／DC轉換器。