一种低功耗PFM 升压型DC-DC 开关变换器设计 - Huawei.PDFVIP

第9 卷 第3 期 电路与系统学报 Vol. 9 No.3 2004 年 6 月 JOURNAL OF CIRCUITS AND SYSTEMS June ， 2004 文章编号：1007-0249 (2004) 03-0145-04 * 一种低功耗PFM 升压型DC-DC 开关变换器设计 李建中， 刘其贵， 魏同立 （东南大学微电子中心，江苏 南京 210096 ） 摘要：基于EPISIL 1.5m 25V 双极工艺，完成了一种低功耗电流控制型PFM DC -DC 升压开关变换器芯片的设计， 采用Hpsice 电路模拟软件对设计进行了验证，达到了相应的设计指标。 关键词：DC-DC 变换器；PFM；升压；电流控制型 中图分类号：TN43 文献标识码：A 1 引言 便携式、低功耗电子产品大多采用单电池供电，而一般的电子系统，如笔记本电脑的电路主板、 LCD 显示屏、硬盘等需要多个电源电压供电，并且随着电池的放电，端电压会明显降低，电池的内阻 逐渐增大，造成负载端输出电压下降。因而，在现代电子产品中，为保证系统稳定、可靠地工作，通 常采用DC-DC 开关变换器提供工作电压。 本文基于EPISIL 1.5 m 25V 双极工艺，提出了一种低功耗电流控制型PFM Boost DC-DC 开关变 换器芯片的设计，通过限制输出充电（峰—峰）电流的值，采用很小体积的外围元件就可以获得满意 的输出纹波，降低了电路尺寸和成本。同时，通过对不同升压阶段开关脉冲宽度的调节，加快了升压 速度，减小稳压状态的输出纹波，提高了转换效率。 2 系统结构与设计指标 2.1 DC-DC 系统结构原理 系统采用如图1 所示典型的电流控制型PFM Boost DC-DC 变换器的拓扑结构[1,2,3] ，虚线框内为芯 片原理框图，框外为外围器件连接示意图。 图1 中，SHDN 为芯片的使能端，低电平时关断整个芯片以降低静态功耗；FB 为输出电压的反馈 采样端；SW 为开关控制端；QR 、QR 及电阻R ~R 1 2 1 4 共同完成 1.23V 的带隙基准产生与比较；A 1 为 8mV 迟滞电压比较器；400ns ONE-SHOT 是暂稳态为400ns 低电平的单稳态触发器；Driver 为电流驱动电路；A2 是产生ONE-SHOT 触发信号的电压比较器；Q1 和Q2 为开关管，其中Q2 完成开关电流的分流采样。 2.2 系统设计指标 根据系统要求，提出设计指标如下： 输入电源电压的范围：1.2~15V； 图1 电流控制型PFM 升压DC-DC 变换器 2 ）输出电压：输出能够升压并稳定在20V 以上； 3 ）输出稳压的相对波纹最大不超过0.1% / V； 4 ）全片静态电流为20A ，关断状态下电流减小到1A ； 5 ）开关管关断时间：当 V 0.6V，t =1.5s ；当V 0.6V，t =400ns ； FB off FB off 6 ）最大电感电流限制：ILIM=350mA ； * 收稿日期：2003- 12-02 修订日期：2004-02-20 146 电路与系统学报 第9 卷 7 ）工作效率：h80% 。 3 电路原理与设计 3.1 带隙基准电压的产生和反馈比较 图 1 中，FB 端为输出电压 V 的反馈采样点。QR 、QR 和 R ~R 组成带隙结构，产生带隙基 OUT 1 2 1 4 准电