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PFM 轉(zhuǎn)換器控制電路原理圖

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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(lái)越廣泛。它的實(shí)現(xiàn)及控制方式也多種多樣,但輸出精度、轉(zhuǎn)換效率、啟動(dòng)電壓等是DC/DC轉(zhuǎn)換器中的核心問(wèn)題。本文介紹了一款結(jié)構(gòu)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(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(wèn)題是驅(qū)動(dòng)電路對(duì)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(yùn)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(shí)現(xiàn)

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,EN 2為運(yùn)放OM的輸出。protect為過(guò)流保護(hù)的輸出,當(dāng)M電流超過(guò)預(yù)定值時(shí),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(shí),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(shí)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(yùn)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(gè)較低電壓(范圍或定值)變換為另一個(gè)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(gè)較高電壓(范圍或定值)變換為另一個(gè)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(shí)能將一個(gè)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(jiǎn)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(duì)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(zhǎng)時(shí)間使用,尤其小負(fù)載時(shí)具有耗電小的優(yōu)點(diǎn);
PWM/PFM控制型轉(zhuǎn)換器:小負(fù)載時(shí)實(shí)行PFM控制,且在重負(fù)載時(shí)自動(dòng)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(gè)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(shí)才工作。PFM基于兩個(gè)開關(guān)時(shí)間(最大導(dǎo)通時(shí)間和最小關(guān)閉時(shí)間)和兩個(gè)控制環(huán)路(穩(wěn)壓環(huán)路和最大峰值電流、關(guān)閉時(shí)間環(huán)路)。

PFM的特點(diǎn)是控制脈沖的頻率可變??刂破髦械膬蓚€(gè)單穩(wěn)態(tài)電路確定了TON (最大導(dǎo)通時(shí)間)和TOFF (最小關(guān)閉時(shí)間)。TON單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)第二個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路TOFF。只要電壓環(huán)路的比較器檢測(cè)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)通脈沖的最大值固定,如果峰值電流環(huán)路檢測(cè)到達(dá)到電感電流門限的數(shù)值,則可縮短該脈沖時(shí)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(gè)毫安。本文介紹的方案在采用PFM控制器拓?fù)鋾r(shí),12V電源供電下的電流損耗小于1mA。

現(xiàn)場(chǎng)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(wèn)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(shí),光電耦合器需要一個(gè)恒定電流流過(guò)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(shí)為63%,1mA時(shí)為22%)和響應(yīng)時(shí)間的減小(20mA時(shí)為2μs,5mA時(shí)為6.6μs)決定。

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| 發(fā)布時(shí)間:2017.09.14    來(lái)源:電源網(wǎng)
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