低功耗升压型PFMDC_DCLCD偏置芯片设计_应建华
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(3)L IM 接 GND 时 , A =1 , B =1 , P179 、P 180 、 P181 两条电流支路均不导通 , 此时限流的电流为 I0 。 2 .3 .2 关键技术
首先要估算出从功率管中提取多大的电流 , 从而 算出电流选 择的 支路 电流 。 由 于电 流较 大 , L 11 与 L19 提供的电流要大 , 镜像管 L 要大 , 以 保证精确镜 像 。 另外 , 串联电阻的阻值应合适 , 以便与比较器的电 压匹配[ 3] 。
收稿日期 :2007-12-03 作者简介 :应建华(1954- )男(汉族), 四川 人 , 副 教授 , 1977 年 毕业于华中科 技大学微电 子学专业 , 获工 学学士学位 ;1991 年 于华中科技大学微电子学专业获工学硕士 学位 , 目前主要从 事 数模混合集成电路的科研与教学工作 。
5 .5 V ;③接地引脚 GND ;④电流输出引脚 LX ;⑤输 出电压采样反馈引脚 FB ;⑥电流限制引脚 LIM , 有三 种控制方式 :接 U dd , 输出电流限定为 500 mA ;悬空 , 输出电流限定为 250 mA ;接地 , 输出电流限定为 125 mA 。
电 。C2 的充电时间即 为 N 管的关断时间 , 由计算式 tOFF =C2U BE/ I2 确定 , 其中 , I 2 为电容 C2 的充电电流 。
L27 是软启动部分的输出信号 , 控制 P44 管的通 断 , 从而控制 P42 、P43 、P44 支路的通断 , 这样对 C2 的 充电电流 I2 大小就可控 , 即关断时间 tOFF 可调 。 2 .1 .3 关键技术
图 2 PFM DC-DC 转换器工作流程图
2 系统电路介绍
2 .1 PFM 控制电路结构 本芯片采用 Fi xed-O n-T ime 类型 , 功率开关管导
通时间 t ON 固定为 13 μs 。如图 3 所示为 PF M 控制器 , 该控制器用来设定两个时间 :开关管的导通时间 tO N 和 关断时间 t OFF 。
Y ING Jian-hua , DU A N Yi-jun (Dept .o f Electro nic Science and T echno log y , H uazhong Unive rsity of Science &
T eclo log y , Wuhan 430074, China)
电路的上电工作过程可用图 2 所示的流程图直观 的表示 。
针对系统的设计 , 本文 将重点介绍 PF M 控制电 路 、误差放大器和限流模块三部分 。
· 41 ·
2008 年 3 月 25 日第 25 卷第 2 期
通信电源技术
T elecom P owe r T echno lo gies
M ar .25 , 2008 , Vo l.25 No .2
图 3 PFM 控制电路
2 .1 .1 电路结构 由图知 , 该模块分为三个部分 :偏置部分 、导通计
时(长计时)部分和关断计时(短计时)部分 。 其中 , L15 为系统偏置产生的电流 , 该模块偏置部
分产生 Line1 、Line2 两个偏置电压 , 为导通计时和关 断计时部分提供偏置 ;L4 由系统 SH DN 产生 , 用以控 制芯片各部分的工作 ;L30 为开关管的控制信号 ;电容 C1 、C2 用于控制计时长短 , 本 电路中 C1 >C2 ;L27 为 软启动部分的输出信号 , 控制 P44 管的通断 , 以控制 P42 、P43 、P44 支路电流的有无 。 2 .1 .2 工作原理分析
应建华 , 段毅君 (华中科技大学 电子科学与技术系 , 湖北 武汉 430074)
摘要 :设计了一种基于 PFM DC-D C 的升压型低功耗 L CD 偏置芯片 。 文中详细地阐述了系统工作原理和 P FM 信号
的产生过程 , 并重点介绍了系统的 PFM 控制电路 、误差放大器 和限流模块 。 该芯片采用 XF AB Bi-CM OS 0 .6 μm 工艺 进
Abstr act :A mic ro po we r P FM boo sting DC-DC chip fo r LCD bias supply is designed.T his pape r describes the sy stem wo rking principle and the process fo r P FM sig nal in detail.A t the same time , the sy stem's PF M contro l circuit , the er ror amplifie r and cur rent limiter module are focused o n.T he chip is M PW ed by the process of XF AB Bi-CM OS 0.6 μm .T est results show that the sw itch frequency is 512 kHz , w hile the chip bias current is almo st 18 μA .T he highest Efficiency of the chip is 88%.
· 42 ·
图 4 误差放大器电路结构
该误差放大器的主体包含三级运放 。反馈电压输 入 FB 后由 Q 2 降低一个 U BE , 成为第一级放大的一个 输入 , U ref 为 第一级另一个输入 。 电路工 作过程 :当 FB 由 0 开始缓慢上升 , 直至 UFB-U BE <U ref 时 , U a > Ub ,U c <U d ,U out 1 =0 ;当 U FB 上升至 UFB-U BE >U ref 时 ,U a <U b , 有 U c >U d ,U out 1 =1 。 2 .2 .2 关键技术
图 5 限流模块电路结 构
数字信号 A 和 B 用来控制电流选择部分 , 其值由 LIM 三种状态决 定 :(1)LIM 接 U dd 时 , A =0 , B =0 , P179 、P180 、P 181 两条电流支路导通 , 若一条支路电 流为 I0 , 则此时限流的总电流为 4I0 。
(2)当 LIM 接悬空时 , A =0 , B =1 , 则 P179 支路 导通 , P180 、P181 支路不导通 , 此时限流选取的电流为 2I0 。
本文设计了一种用于 L CD 偏置的升压型 DC-DC 芯片 , 采用 PF M(Pulse F requence Mo dulatio n)调制方 式 。 内置的0 .5 A 功率 MOSF ET 可节省外部元件数 , 高开关频率(高达 500 kH z)可以使得表面贴装元件面 积很小 。 芯片 的输出 电流 可以 设定在 500 mA 、250 mA 和 125 mA , 以方便使用者在小电流应用时更好地 选择外部元件尺寸 。
2008 年 3 月 25 日第 25 卷第 2 期
文章编号 :1009-366ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(2008)02-0041-03
通信电源技术
T elecom P owe r T echno lo gies
M ar 25, 2008 , V ol .25 N o .2
设计应用
低功耗升压型 PFM DC-DC LCD 偏置芯片设计
(2)通过设定 P 42(P43)与 P 40(P41)的宽长比比 值 , 从而得到两支路电流的比值关系 , 这样就能准确得 到在软启动和正常工作两种情况下不同的关断时间 。 2 .2 误差放大器 2 .2 .1 电路结构及原理介绍
误差放大器(如图 4 所示)是将输出反馈电压 UFB 与带隙基准598 .2 mV(由1 .25 V 的带隙基准值分压 得到)之差放大后 , 用于控制功率开关管的通断 。
图 1 DC-DC LCD 偏置芯片电路结构框图
1 .2 工作原理分析 参照图 1 , 系统工作原理如下 :芯片采用两个反馈
回路以得到优异的负载调整和瞬态响应特性 。一个是 电压环路 , 通过外接的分压电阻得到输出端的反馈电 压 UFB , 输入至 FB 端与基准电压进行比较后控制内部 功率管的开关 ;另一个是电感电流监视环路 , 将电感电 流利用采样电阻 R 转化为电压后 , 与限流比较器输出 的控制电压一起来决定 RS 触发器的状态 。
1 系统结构和工作原理分析
1 .1 系统结构 电路的系统结构框图如图 1 所示 , 该芯片 共有 6
个引脚 :①停机引脚 SH DN , 接逻辑高电位激活芯片 , 接逻 辑 低 电 位 使 芯 片 停 止 工 作 并 且 将 电 流 降 至 0 .1μА;②芯片工作电压引脚 U dd , 工作电 压2 .4 V ～
行流片 。 测试结果表明 , 芯片的开关频率为 512 kHz , 静态工作电流约为 18 μA , 芯片转换效率最高可达 88 %。
关键词 :P FM DC-DC 转换器 ;PF M 控制电路 ;误差放大器 ;限流器
中图分类号 :T N86, T N 712
文献标识码 :A
T he Design of M icro Pow er Boosting PFM DC-DC Chip f or LCD Bias Supply
(2)此放大器用了三级放大的结构 , 每级结构较简 单 , 且每级增益要求不大 , 这样在无反馈的情况下 , 电 路也有相当的增益并保持稳定 。
通 信 电 源 技 术
2008 年 3 月 25 日第 25 卷第 2 期
应建华 等 : 低功耗升压型 PF M DC-DC LCD 偏置芯片 设计
该 PF M 控制器的主 体结构并不复杂 , 关键点有 以下两点[ 1] :
(1)导通时间和关断时间的长短 , 是由 C1 、C2 这 两个电容决定的 。由 关系式 I t =CU 可知 , 在 I 一定 的情况下 , 电容值越大 , 充(放)电时间越长 , 因此要精 确设定电容值的大小 , 以得到准确的计时时间 。
首先要估算出从功率管中提取多大的电流 , 从而 算出电流选 择的 支路 电流 。 由 于电 流较 大 , L 11 与 L19 提供的电流要大 , 镜像管 L 要大 , 以 保证精确镜 像 。 另外 , 串联电阻的阻值应合适 , 以便与比较器的电 压匹配[ 3] 。
收稿日期 :2007-12-03 作者简介 :应建华(1954- )男(汉族), 四川 人 , 副 教授 , 1977 年 毕业于华中科 技大学微电 子学专业 , 获工 学学士学位 ;1991 年 于华中科技大学微电子学专业获工学硕士 学位 , 目前主要从 事 数模混合集成电路的科研与教学工作 。
5 .5 V ;③接地引脚 GND ;④电流输出引脚 LX ;⑤输 出电压采样反馈引脚 FB ;⑥电流限制引脚 LIM , 有三 种控制方式 :接 U dd , 输出电流限定为 500 mA ;悬空 , 输出电流限定为 250 mA ;接地 , 输出电流限定为 125 mA 。
电 。C2 的充电时间即 为 N 管的关断时间 , 由计算式 tOFF =C2U BE/ I2 确定 , 其中 , I 2 为电容 C2 的充电电流 。
L27 是软启动部分的输出信号 , 控制 P44 管的通 断 , 从而控制 P42 、P43 、P44 支路的通断 , 这样对 C2 的 充电电流 I2 大小就可控 , 即关断时间 tOFF 可调 。 2 .1 .3 关键技术
图 2 PFM DC-DC 转换器工作流程图
2 系统电路介绍
2 .1 PFM 控制电路结构 本芯片采用 Fi xed-O n-T ime 类型 , 功率开关管导
通时间 t ON 固定为 13 μs 。如图 3 所示为 PF M 控制器 , 该控制器用来设定两个时间 :开关管的导通时间 tO N 和 关断时间 t OFF 。
Y ING Jian-hua , DU A N Yi-jun (Dept .o f Electro nic Science and T echno log y , H uazhong Unive rsity of Science &
T eclo log y , Wuhan 430074, China)
电路的上电工作过程可用图 2 所示的流程图直观 的表示 。
针对系统的设计 , 本文 将重点介绍 PF M 控制电 路 、误差放大器和限流模块三部分 。
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2008 年 3 月 25 日第 25 卷第 2 期
通信电源技术
T elecom P owe r T echno lo gies
M ar .25 , 2008 , Vo l.25 No .2
图 3 PFM 控制电路
2 .1 .1 电路结构 由图知 , 该模块分为三个部分 :偏置部分 、导通计
时(长计时)部分和关断计时(短计时)部分 。 其中 , L15 为系统偏置产生的电流 , 该模块偏置部
分产生 Line1 、Line2 两个偏置电压 , 为导通计时和关 断计时部分提供偏置 ;L4 由系统 SH DN 产生 , 用以控 制芯片各部分的工作 ;L30 为开关管的控制信号 ;电容 C1 、C2 用于控制计时长短 , 本 电路中 C1 >C2 ;L27 为 软启动部分的输出信号 , 控制 P44 管的通断 , 以控制 P42 、P43 、P44 支路电流的有无 。 2 .1 .2 工作原理分析
应建华 , 段毅君 (华中科技大学 电子科学与技术系 , 湖北 武汉 430074)
摘要 :设计了一种基于 PFM DC-D C 的升压型低功耗 L CD 偏置芯片 。 文中详细地阐述了系统工作原理和 P FM 信号
的产生过程 , 并重点介绍了系统的 PFM 控制电路 、误差放大器 和限流模块 。 该芯片采用 XF AB Bi-CM OS 0 .6 μm 工艺 进
Abstr act :A mic ro po we r P FM boo sting DC-DC chip fo r LCD bias supply is designed.T his pape r describes the sy stem wo rking principle and the process fo r P FM sig nal in detail.A t the same time , the sy stem's PF M contro l circuit , the er ror amplifie r and cur rent limiter module are focused o n.T he chip is M PW ed by the process of XF AB Bi-CM OS 0.6 μm .T est results show that the sw itch frequency is 512 kHz , w hile the chip bias current is almo st 18 μA .T he highest Efficiency of the chip is 88%.
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图 4 误差放大器电路结构
该误差放大器的主体包含三级运放 。反馈电压输 入 FB 后由 Q 2 降低一个 U BE , 成为第一级放大的一个 输入 , U ref 为 第一级另一个输入 。 电路工 作过程 :当 FB 由 0 开始缓慢上升 , 直至 UFB-U BE <U ref 时 , U a > Ub ,U c <U d ,U out 1 =0 ;当 U FB 上升至 UFB-U BE >U ref 时 ,U a <U b , 有 U c >U d ,U out 1 =1 。 2 .2 .2 关键技术
图 5 限流模块电路结 构
数字信号 A 和 B 用来控制电流选择部分 , 其值由 LIM 三种状态决 定 :(1)LIM 接 U dd 时 , A =0 , B =0 , P179 、P180 、P 181 两条电流支路导通 , 若一条支路电 流为 I0 , 则此时限流的总电流为 4I0 。
(2)当 LIM 接悬空时 , A =0 , B =1 , 则 P179 支路 导通 , P180 、P181 支路不导通 , 此时限流选取的电流为 2I0 。
本文设计了一种用于 L CD 偏置的升压型 DC-DC 芯片 , 采用 PF M(Pulse F requence Mo dulatio n)调制方 式 。 内置的0 .5 A 功率 MOSF ET 可节省外部元件数 , 高开关频率(高达 500 kH z)可以使得表面贴装元件面 积很小 。 芯片 的输出 电流 可以 设定在 500 mA 、250 mA 和 125 mA , 以方便使用者在小电流应用时更好地 选择外部元件尺寸 。
2008 年 3 月 25 日第 25 卷第 2 期
文章编号 :1009-366ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(2008)02-0041-03
通信电源技术
T elecom P owe r T echno lo gies
M ar 25, 2008 , V ol .25 N o .2
设计应用
低功耗升压型 PFM DC-DC LCD 偏置芯片设计
(2)通过设定 P 42(P43)与 P 40(P41)的宽长比比 值 , 从而得到两支路电流的比值关系 , 这样就能准确得 到在软启动和正常工作两种情况下不同的关断时间 。 2 .2 误差放大器 2 .2 .1 电路结构及原理介绍
误差放大器(如图 4 所示)是将输出反馈电压 UFB 与带隙基准598 .2 mV(由1 .25 V 的带隙基准值分压 得到)之差放大后 , 用于控制功率开关管的通断 。
图 1 DC-DC LCD 偏置芯片电路结构框图
1 .2 工作原理分析 参照图 1 , 系统工作原理如下 :芯片采用两个反馈
回路以得到优异的负载调整和瞬态响应特性 。一个是 电压环路 , 通过外接的分压电阻得到输出端的反馈电 压 UFB , 输入至 FB 端与基准电压进行比较后控制内部 功率管的开关 ;另一个是电感电流监视环路 , 将电感电 流利用采样电阻 R 转化为电压后 , 与限流比较器输出 的控制电压一起来决定 RS 触发器的状态 。
1 系统结构和工作原理分析
1 .1 系统结构 电路的系统结构框图如图 1 所示 , 该芯片 共有 6
个引脚 :①停机引脚 SH DN , 接逻辑高电位激活芯片 , 接逻 辑 低 电 位 使 芯 片 停 止 工 作 并 且 将 电 流 降 至 0 .1μА;②芯片工作电压引脚 U dd , 工作电 压2 .4 V ～
行流片 。 测试结果表明 , 芯片的开关频率为 512 kHz , 静态工作电流约为 18 μA , 芯片转换效率最高可达 88 %。
关键词 :P FM DC-DC 转换器 ;PF M 控制电路 ;误差放大器 ;限流器
中图分类号 :T N86, T N 712
文献标识码 :A
T he Design of M icro Pow er Boosting PFM DC-DC Chip f or LCD Bias Supply
(2)此放大器用了三级放大的结构 , 每级结构较简 单 , 且每级增益要求不大 , 这样在无反馈的情况下 , 电 路也有相当的增益并保持稳定 。
通 信 电 源 技 术
2008 年 3 月 25 日第 25 卷第 2 期
应建华 等 : 低功耗升压型 PF M DC-DC LCD 偏置芯片 设计
该 PF M 控制器的主 体结构并不复杂 , 关键点有 以下两点[ 1] :
(1)导通时间和关断时间的长短 , 是由 C1 、C2 这 两个电容决定的 。由 关系式 I t =CU 可知 , 在 I 一定 的情况下 , 电容值越大 , 充(放)电时间越长 , 因此要精 确设定电容值的大小 , 以得到准确的计时时间 。
