电源技术中的一种电源技术中的一种DC-DC升压型开关电源的低压启动方案升压型开关电源的低压启动方案
摘要: 设计了一种DC-DC 升压型开关电源的低压启动电路, 该电路采用两个在不同电源电压范围内工作频率
较稳定的振荡器电路, 利用电压检测模块进行合理的切换, 解决了低输入电压下电路无法正常工作的问题, 并
在0. 5μm CMOS 工艺库( VthN = 0. 72 V, VthP = -0. 97 V) 下仿真。仿真结果表明, 在0. 8 V 低输入电压
时, 通过此升压型开关电源, 可以将VDD升高至3. 3 V。 0 引言 各种便携式电子产品, 如照相机、
摄像机、手机、笔记本电脑、多媒体播放器等都需要DC-DC 变换器等电源管理芯片。这类便携式设备一般使用
电池供电, 总能量
摘要: 设计了一种DC-DC 升压型开关电源的低压启动电路, 该电路采用两个在不同电源电压范围内工作频率较稳定的振
荡器电路, 利用电压检测模块进行合理的切换, 解决了低输入电压下电路无法正常工作的问题, 并在0. 5μm CMOS 工艺库
( V
thN
= 0. 72 V, V
thP
= -0. 97 V) 下仿真。仿真结果表明, 在0. 8 V 低输入电压时, 通过此升压型开关电源, 可以将VDD
升高至3. 3 V。
0 引言引言
各种便携式电子产品, 如照相机、摄像机、手机、笔记本电脑、多媒体播放器等都需要DC-DC 变换器等电源管理芯片。
这类便携式设备一般使用电池供电, 总能量有限, 因此, 电源芯片需要最大限度地降低工作电压,延长电池的使用寿命。传
统DC-DC 的工作电压一般都在1. 0 V 以上, 本文所设计的电路将这一启动电压降低至0. 8 V。
1 电路整体示意图电路整体示意图
DC-DC 升压型开关电源在低输入电压下工作, 利用控制电路导通和关断功率管, 在功率管导通时, 电感储存能量; 当
功率管关断时, 电感释放能量, 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, 如果DC-DC 芯片的驱动电
压取自输入电源, 芯片内部电路就不能正常工作, DC-DC 便无法启动; 如果DC-DC 芯片的驱动电压取自输出电压, 同样,
芯片根本无法启动及进行任何升压动作。本文针对输入电源电压变化范围较大, 在考虑商业成本的情况下, 设计了2 个振荡
器电路:
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, 在V
DD
升至1. 9 V 以前控制功率管的导通与关
断, 使V
DD
逐步抬升。主振荡器靠输出电压即V
DD
供电, 在V
DD
升至1. 9 V 以后以一个较稳定的频率工作, 抬升并维持输出
电压。电路的整体示意图如图1所示。该电路包括主振荡器、辅助振荡器以及它们的切换电路、带隙基准电路、PWM 比较
器、过压保护电路、过流保护电路等。
图1 DC-DC 升压型开关电源芯片的整体示意图
2 主振荡器的设计主振荡器的设计
在构想了两个在两段不同的电源电压下工作的振荡器电路之后, 就可以对两个振荡器电路分别进行设计。环形振荡器因
其结构简单, 易于集成, 而用于许多集成电路芯片的设计, 但其振荡频率受电源电压变化的影响较大, 文献[ 1] 中所提出的
方案虽然有较大改善, 但它采用了大的集成电阻, 这不仅增大了芯片面积, 而且集成电阻阻值随工艺偏差很大, 还会进一步
增大环振输出频率的不稳定性。文献[ 2] 所提出的改进型环形振荡器电路频率稳定度高, 适用于电源电压变化较大的集成电路
系统, 但它采用了耗尽型MOS 管, 增加了电路的成本, 不利于商业开发。本文所设计的主振荡器采用如图2 所示的环形振
荡器结构。VC1, VC2 分别为过压保护电路, PWM 比较器的输出信号, MP10和MP11 为带隙基准提供的镜像电流, 合理的
控制镜像电流和电容C1 , C2 的大小, 即能够使主振荡器在1. 9~ 8 V 的V DD区间输出350 kHz 左右较稳定的振荡频率。
3 辅助振荡器的设计辅助振荡器的设计
文献[ 3] 中提出的辅助振荡器电路也采用环形振荡器结构, 它利用亚阈值导通的原理, 使得起振电压降至0. 8 V, 但是这
个辅助振荡器在0. 8~ 1. 9 V 的V
DD
区间里频率变化很大, 会在电路启动阶段造成很大的浪涌电流, 造成系统的不稳定。