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适用于便携式产品的高效降压式DC/DC转换器

上网日期: 2004年04月10日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:dc/dc converter? DC/DC转换器? XC9201/02? handheld electronic equipment?

随着技术的进步,各种手持电子设备显示出融合的发展趋势,从而对电源管理提出了更高要求。本文介绍的新型控制IC采用电流/电压多路反馈技术,可提高DC/DC转换器的灵活性和效率。

人们都希望能随时随地接收信息,例如最新的影评,或者知道自己所处的位置。这种对“移动信息”迅速增长的需求使手持电子产品设计人员面临着严峻挑战。技术融合意味着今后的手持式电子设备将集手机、PDA、卫星导航和笔记本电脑等各项功能于一身,为此电源管理技术必须迎头赶上,帮助工程师设计出灵活高效、外型小巧的产品。

XC9201/02系列是一种新型降压DC/DC转换器,可用于便携式产品的电源管理电路中,图1显示了这种DC/DC转换器控制IC内部原理图。

多数DC/DC控制器IC都需要钽电容进行输出稳压,XC9201/02采用电流/电压多路反馈技术,用陶瓷电容取代钽电容,可极大节省空间和成本。其输出电压多路反馈信号和线圈电流都使用脉冲宽度调制(PWM),XC9202在中、高负载状态下使用脉冲宽度调制,在低负载状态下则可切换为脉冲频率调制(PFM),以适应较宽的负载范围且输出纹波更低。C类产品的输入电压范围为2.2V到20V,并可提供预置的输出电压;D类产品则采用1.2V到16V外部可选电压,只需简单外接分流电阻便可对输出电压进行设置。

内部时钟与RC组合一起产生规则的锯齿波脉冲,将所有内部信号同步。只需调节与CLK引脚相连的RC组合便可获得从100kHz到600kHz之间的任何频率。

Verr放大器用于监控输出电压,C类器件将来自电阻R1和R2的预置电压与0.9V参考电压进行比较,而D类器件则将来自FB引脚的外部可选电压与0.9V参考电压比较。无论是哪类控制器,当电压低于参考电压时,比较器都会提高输出电压。

Verr放大器的输出除了进入PFM/PWM逻辑开关外,还经过电阻Rverr进入混频器。在PFM模式下,进入逻辑转换电路的信号作为电压检测器;在PWM模式下,它作为脉冲宽度控制信号。Verr的增益和频率特性可在外部进行设置。

Ierr放大器监控线圈电流,每次转换时对VIN和ISEN引脚间的电位差进行采样,然后按需要进行放大或保持并输入混频器。随后Ierr输出一个信号,确保转换电流与VIN和ISEN引脚间的电位差成反比,其增益和频率特性均固定不变。

混频器将来自Verr和Ierr放大器的信号一并进行调制,调制后的输出信号进入PWM比较器,与CLK引脚产生的锯齿脉冲进行比较。当信号大于锯齿波时向输出电路发送信号,启动外部开关。图1:新型降压DC/DC转换器XC9201/02内部电路图。

限流比较器通过VIN和ISEN引脚监控线圈电流。当VIN和ISEN引脚间的电位差达到或超过150mV时,限流比较器将输出一个信号,然后转换为逻辑信号,作为内部电路的DFF复位信号。收到复位信号后,EXT马上发出信号关断MOS开关。当限流比较器发送使能信号接收数据时,它会在下一个时钟脉冲输出一个MOS开关导通信号。如果此时VIN和ISEN引脚间的电位差仍然较大,MOS开关便会再次被关断。DFF与CLK引脚的时钟信号同步。

在CE/SS引脚上外接RC可实现软启动功能。Verr放大器上的参考电压受CE/SS引脚上的软启动电压限制,从而保证Verr放大器工作时两个输入平衡,避免ON-TIME信号过大。此外软启动时间必须大于时钟周期(CLK)。CE/SS引脚的启动时间与软启动时间相同。

该器件还具有欠压锁定(UVLO)功能。当输入电压(Vin)降低到1.4V或以下时激活此功能,关断与EXT引脚连接的MOS开关。欠压锁定功能可避免在IC工作电压不稳定时导通外部MOS开关,同时还保证在软启动期间不输出信号,直到内部电路稳定后才导通MOS开关。

图2是3.3V输出的典型应用配置,图3显示了输入电压为4.0V到12.0V时器件的效率。电路中所用的PMOS晶体管为Torex XP132A11A1SR,肖特基二极管为Toko U3FWJ44N,线圈为22μH的Sumida CR105。

XC9202系列控制器可自动在PFM和PWM模式之间切换,PFM/PWM比较器在每次转换时监控电流,当电流降到某个程度便会从PWM切换到PFM模式。

当VOUT(D类产品中为FB电压)下降到设定值时,Verr放大器将直接向逻辑模块发送信号,导通外部MOS开关;在CLK引脚输出时钟信号时,EXT引脚则同时输出“导通(ON)”信号,外部MOS开关导通,电流通过线圈。在下列几种情况下MOS开关将会被关断:


1. 限流比较器发出限流信号(设定值与PWM模式下的限流器电压不同);


2. 下个时钟周期的上升沿;


3. 输出电压上升。

PFM模式的逻辑经过编程,在CLK时钟信号上升沿产生信号,将外部MOS开关关断一定的时间。

如果输出电压超过设定值一个开关操作周期,控制器便停止工作,等待输出电压再次下降。如果未超过设定值便连续地输出脉冲。由于线圈电流受限流比较器限制,输出电压纹波将保持在一定数值以下。

如果经常连续输出脉冲,使PFM/PWM比较器一直保持PWM模式,控制器将一直以PWM模式工作。由于PWM模式与PFM模式总是交替发生,两种模式之间的切换非常平滑。即使在PFM模式下,CLK引脚也继续发送时钟脉冲。

XC9201/02具有较高灵活性,工程师可按照具体的特殊应用配置其工作模式,尽量满足参数要求。集成了手机或无绳电话、掌上电脑、数字相机、笔记本电脑或其它功能的手持式设备正在出现,这种DC/DC转换器控制器可提供一种理想的电源管理方案。






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