PFM 转换器控制电路原理图

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PFM 转换器控制电路原理图

PFM 转换器

各种由电池供电的电子产品，如手提电脑、手机、数码相机、PDA等的电源管理系统都需要DC／DC 转换器 ，因此，DC／Dc转换器的应用越来越广泛。它的实现及控制方式也多种多样，但输出精度、转换效率、启动电压等是DC／DC转换器中的核心问题。本文介绍了一款结构简单、功能完备、输出精度高、功耗低的升压型 PFM 控制DC，DC转换器。升压型DC／DC转换器结构功能框图和工作原理从传统升压型DC／DC转换器的结构和工作原理可以看出，其核心问题是驱动电路对开关晶体管M的控制，本文提出了一种升压型PFM控制DC／DC转换器，采用内置的 MOSFET 作为开关管，包括基准电压源、误差比较器、运放、PFM控制电路、MOSFET限流保护电路、使能控制、电压采样等单元电路

一、12V电源适配器PFM控制电路的实现

PFM控制电路是由有多个使能端控制的振荡器组成的，如图2所示。其中，EN1为误差放大器CM的输出，EN 2为运放OM的输出。protect为过流保护的输出，当M电流超过预定值时，protect控制振荡器停振，使M断路，防止损坏。

二、PFM控制电路模拟结果

PFM控制电路在模拟时，输出电压VOUT的额定值取典型输出值3.3V，模拟结果如图3所示。

从模拟结果可以看出，此PFM控制电路的实现方式在轻负载下，可以有效降低转换器的损耗，提高运行效率。

三、12V电源适配器直流转换器分类

功能分类
升压转换器：将一个较低电压（范围或定值）变换为另一个较高电压（可变或定值）的电压转换器，如输入12V（输入电压范围：10V-15V）经转换后输出48V；
降压转换器：将一个较高电压（范围或定值）变换为另一个较低电压（可变或定值）的电压转换器，如输入48V（输入电压范围：40V-60V）经转换后输出12V；
升降压转换器：同时能将一个电压（范围或定值）变换为较低或较高电压（可变或定值）的电压转换器，如输入48V（输入电压范围：40V-60V）经转换后可以输出12V，也可以输出72V；
隔离性能分类
非隔离转换器：输入输出之间具有一条直流路径，输入输出共地，结构简单，成本低，效率高，安全性能差；
隔离转换器：输入和输出之间进行电气隔离，消除直流路径，输入输出不共地,结构复杂,成本高,效率相对非隔离有所降低，可靠性高；
控制需求分类
PWM控制型转换器：效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声；
PFM控制型转换器：即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点；
PWM/PFM控制型转换器：小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制；
输出需求分类
单路输出型转换器：经转换输出的电压和电流只是一组固定的值；
多路输出型转换器：经转换输出的电压和电流可以是多组不同的值；

四、隔离型PFM反激DCDC转换器电路原理图

另一方法是采用具有脉冲频率调制(PFM)控制器的DC-DC转换器¹。PFM控制器采用两个单稳态电路，只有当负载从DC-DC转换器的输出消耗电流时才工作。PFM基于两个开关时间(最大导通时间和最小关闭时间)和两个控制环路(稳压环路和最大峰值电流、关闭时间环路)。

PFM的特点是控制脉冲的频率可变。控制器中的两个单稳态电路确定了TON (最大导通时间)和TOFF (最小关闭时间)。TON单稳态电路触发第二个单稳态电路TOFF。只要电压环路的比较器检测到VOUT跌落到稳压范围以下，将触发TON单稳态电路。导通脉冲的最大值固定，如果峰值电流环路检测到达到电感电流门限的数值，则可缩短该脉冲时间。

PFM控制器的静态电流损耗受限于基准偏置电压和误差比较器的电流(几十µA)。相比之下，PWM控制器的内部振荡器则必须连续工作，电流损耗达到几个毫安。本文介绍的方案在采用PFM控制器拓扑时，12V电源供电下的电流损耗小于1mA。

现场应用系统，例如：浇水系统，往往用于恶劣环境，所以这些系统的DC-DC转换器要求电气隔离。变压器可提供隔离，但须保证在不影响隔离的情况下，将电压基准从副边反馈至原边。解决这一问题的常见方法是采用辅助绕组或光电耦合器。

电源拓扑属于降压结构。本例中所使用电池组的标称电压为12V，而系统内部电路的工作电压为3.6V标称电压。图2所示为DC-DC开关电源的示意图，表2列出了材料清单和相应的元件值。控制环路调节电压时，光电耦合器需要一个恒定电流流过变压器原边的LED。电流下限由光电耦合器在低端偏置电流的CTR (10mA时为63%，1mA时为22%)和响应时间的减小(20mA时为2µs，5mA时为6.6µs)决定。

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| 发布时间：2017.09.14 来源：电源网

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