PFM 轉(zhuǎn)換器控制電路原理圖

PFM 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)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

一、12V電源適配器PFM控制電路的實現(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，EN 2為運放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。

二、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，提高運行效率。

三、12V電源適配器直流轉(zhuǎn)換器分類

功能分類
升壓轉(zhuǎn)換器：將一個較低電壓（范圍或定值）變換為另一個較高電壓（可變或定值）的電壓轉(zhuǎn)換器，如輸入12V（輸入電壓范圍：10V-15V）經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出48V；
降壓轉(zhuǎn)換器：將一個較高電壓（范圍或定值）變換為另一個較低電壓（可變或定值）的電壓轉(zhuǎn)換器，如輸入48V（輸入電壓范圍：40V-60V）經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出12V；
升降壓轉(zhuǎn)換器：同時能將一個電壓（范圍或定值）變換為較低或較高電壓（可變或定值）的電壓轉(zhuǎn)換器，如輸入48V（輸入電壓范圍：40V-60V）經(jīng)轉(zhuǎn)換后可以輸出12V，也可以輸出72V；
隔離性能分類
非隔離轉(zhuǎn)換器：輸入輸出之間具有一條直流路徑，輸入輸出共地，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，效率高，安全性能差；
隔離轉(zhuǎn)換器：輸入和輸出之間進(jìn)行電氣隔離，消除直流路徑，輸入輸出不共地,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高,效率相對非隔離有所降低，可靠性高；
控制需求分類
PWM控制型轉(zhuǎn)換器：效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲；
PFM控制型轉(zhuǎn)換器：即使長時間使用，尤其小負(fù)載時具有耗電小的優(yōu)點；
PWM/PFM控制型轉(zhuǎn)換器：小負(fù)載時實行PFM控制，且在重負(fù)載時自動轉(zhuǎn)換到PWM控制；
輸出需求分類
單路輸出型轉(zhuǎn)換器：經(jīng)轉(zhuǎn)換輸出的電壓和電流只是一組固定的值；
多路輸出型轉(zhuǎn)換器：經(jīng)轉(zhuǎn)換輸出的電壓和電流可以是多組不同的值；

四、隔離型PFM反激DCDC轉(zhuǎn)換器電路原理圖

另一方法是采用具有脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制器的DC-DC轉(zhuǎn)換器1。PFM控制器采用兩個單穩(wěn)態(tài)電路，只有當(dāng)負(fù)載從DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出消耗電流時才工作。PFM基于兩個開關(guān)時間(較大導(dǎo)通時間和較小關(guān)閉時間)和兩個控制環(huán)路(穩(wěn)壓環(huán)路和較大峰值電流、關(guān)閉時間環(huán)路)。

PFM的特點是控制脈沖的頻率可變。控制器中的兩個單穩(wěn)態(tài)電路確定了TON (較大導(dǎo)通時間)和TOFF (較小關(guān)閉時間)。TON單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)第二個單穩(wěn)態(tài)電路TOFF。只要電壓環(huán)路的比較器檢測到VOUT跌落到穩(wěn)壓范圍以下，將觸發(fā)TON單穩(wěn)態(tài)電路。導(dǎo)通脈沖的較大值固定，如果峰值電流環(huán)路檢測到達(dá)到電感電流門限的數(shù)值，則可縮短該脈沖時間。

PFM控制器的靜態(tài)電流損耗受限于基準(zhǔn)偏置電壓和誤差比較器的電流(幾十μA)。相比之下，PWM控制器的內(nèi)部振蕩器則必須連續(xù)工作，電流損耗達(dá)到幾個毫安。本文介紹的方案在采用PFM控制器拓?fù)鋾r，12V電源供電下的電流損耗小于1mA。

現(xiàn)場應(yīng)用系統(tǒng)，例如：澆水系統(tǒng)，往往用于惡劣環(huán)境，所以這些系統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器要求電氣隔離。變壓器可提供隔離，但須保證在不影響隔離的情況下，將電壓基準(zhǔn)從副邊反饋至原邊。解決這一問題的常見方法是采用輔助繞組或光電耦合器。

電源拓?fù)鋵儆诮祲航Y(jié)構(gòu)。本例中所使用電池組的標(biāo)稱電壓為12V，而系統(tǒng)內(nèi)部電路的工作電壓為3.6V標(biāo)稱電壓。圖2所示為DC-DC開關(guān)電源的示意圖，表2列出了材料清單和相應(yīng)的元件值?？刂骗h(huán)路調(diào)節(jié)電壓時，光電耦合器需要一個恒定電流流過變壓器原邊的LED。電流下限由光電耦合器在低端偏置電流的CTR (10mA時為63%，1mA時為22%)和響應(yīng)時間的減小(20mA時為2μs，5mA時為6.6μs)決定。