PFM 轉換器控制電路原理圖

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PFM 轉換器控制電路原理圖

PFM 轉換器

各種由電池供電的電子產品，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轉換器的應用越來越廣泛。它的實現及控制方式也多種多樣，但輸出精度、轉換效率、啟動電壓等是DC／DC轉換器中的核心問題。本文介紹了一款結構簡單、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，其核心問題是驅動電路對開關晶體管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 作為開關管，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

一、12V電源適配器PFM控制電路的實現

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為過流保護的輸出，當M電流超過預定值時，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，模擬結果如圖3所示。

從模擬結果可以看出，此PFM控制電路的實現方式在輕負載下，可以有效降低轉換器的損耗，提高運行效率。

三、12V電源適配器直流轉換器分類

功能分類
升壓轉換器：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）的電壓轉換器，如輸入12V（輸入電壓范圍：10V-15V）經轉換后輸出48V；
降壓轉換器：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）的電壓轉換器，如輸入48V（輸入電壓范圍：40V-60V）經轉換后輸出12V；
升降壓轉換器：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）的電壓轉換器，如輸入48V（輸入電壓范圍：40V-60V）經轉換后可以輸出12V，也可以輸出72V；
隔離性能分類
非隔離轉換器：輸入輸出之間具有一條直流路徑，輸入輸出共地，結構簡單，成本低，效率高，安全性能差；
隔離轉換器：輸入和輸出之間進行電氣隔離，消除直流路徑，輸入輸出不共地,結構復雜,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控制型轉換器：即使長時間使用，尤其小負載時具有耗電小的優點；
PWM/PFM控制型轉換器：小負載時實行PFM控制，且在重負載時自動轉換到PWM控制；
輸出需求分類
單路輸出型轉換器：經轉換輸出的電壓和電流只是一組固定的值；
多路輸出型轉換器：經轉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轉換器電路原理圖

另一方法是采用具有脈沖頻率調制(PFM)控制器的DC-DC轉換器1。PFM控制器采用兩個單穩態電路，只有當負載從DC-DC轉換器的輸出消耗電流時才工作。PFM基于兩個開關時間(最大導通時間和最小關閉時間)和兩個控制環路(穩壓環路和最大峰值電流、關閉時間環路)。

PFM的特點是控制脈沖的頻率可變。控制器中的兩個單穩態電路確定了TON (最大導通時間)和TOFF (最小關閉時間)。TON單穩態電路觸發第二個單穩態電路TOFF。只要電壓環路的比較器檢測到VOUT跌落到穩壓范圍以下，將觸發TON單穩態電路。導通脈沖的最大值固定，如果峰值電流環路檢測到達到電感電流門限的數值，則可縮短該脈沖時間。

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

現場應用系統，例如：澆水系統，往往用于惡劣環境，所以這些系統的DC-DC轉換器要求電氣隔離。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。

電源拓撲屬于降壓結構。本例中所使用電池組的標稱電壓為12V，而系統內部電路的工作電壓為3.6V標稱電壓。圖2所示為DC-DC開關電源的示意圖，表2列出了材料清單和相應的元件值。控制環路調節電壓時，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%)和響應時間的減小(20mA時為2μs，5mA時為6.6μs)決定。

PFM 轉換器控制電路原理圖