中心議題：

• 介紹升壓型PFM控制DC/DC轉換器的功能框圖和工作原理
• 討論應用電路并得出仿真結果

解決方案：

• 采用升壓型PFM控制DC/DC轉換器，結構簡(jiǎn)單、功能完備、輸出精度高、功耗低
• 采用多個(gè)使能端控制的振蕩器組成PFM控制電路

引言
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
a.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。  
 

                            圖1 功能框圖   
             
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。

b.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，EN2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。
 

                                    圖2 振蕩器電路結構圖

c.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。
 

                                (a)輕負載                    (b)高負載

                                   圖3 不同負載時(shí)PFM控制電路脈沖波形   

應用電路和仿真結果
a.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。
 

                        圖4 應用電路圖

b.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。
 

                (a)                                                 (b)
                    圖5 不同輸入電壓(VIN)情況下輸出電壓VOUT的模擬結果

                             (a)輕負載時(shí)                             (b)高負載時(shí)
                                        
                                         圖6 不同負載時(shí)VOUT的輸出紋波圖

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±50mV，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。