关于低输入电压电路开关电源的升压解决方案设

2020-06-18 09:50字体:
  

  种种便携式电子产物, 如拍照机、摄像机、手机、条记本电脑、众媒体播放器等都须要DC-DC 变换器等电源照料芯片。这类便携式装备大凡操纵电池供电, 总能量有限, 所以, 电源芯片须要最大范围地下降事情电压,拉长电池的操纵寿命。古板DC-DC 的事情电压大凡都正在1. 0 V 以上, 本文策画了一种DC-DC 升压型开合电源的低压启动电道, 启动电压下降至0. 8 V,该电道采用两个正在分歧电源电压边界内事情频率较安稳的振荡器电道, 使用电压检测模块实行合理的切换, 处分了低输入电压下电道无法寻常事情的题目, 并正在0. 5m CMOS 工艺库( VthN = 0. 72 V, VthP = -0. 97 V) 下仿线 V 低输入电压时, 通过此升压型开合电源, 能够将VDD升高至3. 3 V。

  DC-DC 升压型开合电源正在低输入电压下事情, 使用限制电道导通和合断功率管, 正在功率管导通时, 电感储蓄能量; 当功率管合断时, 电感开释能量, 对输出电容充电, 输出电压升高。当输入电源低至1. 0 V 以下, 假若DC-DC 芯片的驱动电压取自输入电源, 芯片内部电道就不行寻常事情, DC-DC 便无法启动; 假若DC-DC 芯片的驱动电压取自输出电压, 同样, 芯片根底无法启动及实行任何升压举措。本文针对输入电源电压蜕化边界较大, 正在思考贸易本钱的情景下, 策画了2 个振荡器电道:主振荡器和辅助振荡器。辅助振荡器靠输入电压供电,0. 8 V 即能起振, 正在V DD升至1. 9 V 以前限制功率管的导通与合断, 使V DD慢慢抬升。主振荡器靠输出电压即VDD供电, 正在VDD升至1. 9 V 从此以一个较安稳的频率事情, 抬升并撑持输出电压。电道的满堂示希图如图1所示。该电道席卷主振荡器、辅助振荡器以及它们的切换电道、带隙基准电道、PWM 比力器、过压包庇电道、过流包庇电道等。

  本文所策画的主振荡器采用如图2 所示的环形振荡器组织。VC1, VC2 诀别为过压包庇电道, PWM 比力器的输出信号, MP10和MP11 为带隙基准供应的镜像电流, 合理的限制镜像电流和电容C1 , C2 的巨细, 即也许使主振荡器正在1. 9~ 8 V 的V DD区间输出350 kHz 旁边较安稳的振荡频率。

  辅助振荡器电道采用环形振荡器组织, 它使用亚阈值导通的道理, 使得起振电压降至0. 8 V, 不过这个辅助振荡器正在0. 8~ 1. 9 V 的VDD区间里频率蜕化很大, 会正在电道启动阶段变成很大的浪涌电流, 变成体系的担心稳。

  策画的辅助振荡器战胜了以上弊端, 既包管了正在0. 8 V 起振, 又避免了振荡频率蜕化过大, 不过, 正在辅助振荡器合断之后因为工艺差错能够会正在R, S端显现不确定形态, 导致功耗过大, 并变成后续电道不行寻常事情。本文正在此根基上加以鼎新, 减少M17 管, M18管, 所策画的辅助振荡器如图3 所示。

  图3 中, M1~ M13 是低输入电压偏置电流电道, 这个电道的合键功效是正在低输入电压下形成一个恒定的纳安级的偏置电流。这一不随电源电压蜕化的偏置电流将为图3 所示的辅助振荡器供应偏置。M8 ~ M13为启动电道, M3 , M4 都事情正在亚阈值区:

  SE 为辅助振荡器切换信号, SEB 为SE 的反信号。当V DD低于1. 9 V 时, SE 为高电平, M17 , M18 都截止, 不影响R, S 触发器的翻转, 辅助振荡器事情, 开合S1 断开, S2 闭合; 当VDD 高于1. 9 V 时, SE 为低电平, 辅助振荡器合断, 开合S1 闭合, S2 断开, M17 , M18 都导通, R=1, S= 0, AU XCLK 被锁定为高电平, 既减小了功耗, 也避免了辅助振荡器合断之后R, S 端显现不确定形态。

  从图4 能够看出, 电道启动后, 起初辅助振荡器V( aux clk) 起振, V DD渐渐升高, 升高至1. 4 V 时, 主振荡器V( mainclk) 起振, 但此时只要辅助振荡信号通过开合S2 传到功率管的栅极, 当VDD升高至1. 9 V 时, 辅助振荡器合掉, 主振荡器信号通过开合S1 传到功率管的栅极, VDD络续升高至设定的输出电压3. 3 V 从此,由反应电道限制主振荡器的开启与合断, 来撑持这一输出电压。

  本文针对输入电源电压蜕化边界较大, 策画了两种组织分歧的振荡器, 其正在正在分歧电源电压边界内事情的频率较安稳, 并使用电压检测模块实行合理的切换, 处分了低输入电压下电道无法启动的题目, 是一款合用于贸易拓荒的DC-DC 升压型开合电源。

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