一種DC-DC升壓型開關電源的低壓啟動方案

摘要：設計了一種DC-DC升壓型開關電源的低壓啟動電路，該電路采用兩個在不同電源電壓范圍內工作頻率較穩(wěn)定的振蕩器電路，利用電壓檢測模塊進行合理的切換，解決了低輸入電壓下電路無法正常工作的問題，并在0．5μm CMOS工藝庫(VthN=0．72 V，VthP=-0．97 V)下仿真。仿真結果表明，在0．8 V低輸入電壓時，通過此升壓型開關電源，可以將VDD升高至3．3 V。
關鍵詞：開關電源；環(huán)形振蕩器；低壓啟動；COMS

0 引言
各種便攜式電子產品，如照相機、攝像機、手機、筆記本電腦、多媒體播放器等都需要DC-DC變換器等電源管理芯片。這類便攜式設備一般使用電池供電，總能量有限，因此，電源芯片需要最大限度地降低工作電壓，延長電池的使用壽命。傳統(tǒng)DC-DC的工作電壓一般都在1．0 V以上，本文所設計的電路將這一啟動電壓降低至0．8V。

1 電路整體示意圖
DC-DC升壓型開關電源在低輸入電壓下工作，利用控制電路導通和關斷功率管，在功率管導通時，電感儲存能量；當功率管關斷時，電感釋放能量，對輸出電容充電，輸出電壓升高。當輸入電源低至1．0 V以下，如果DC-DC芯片的驅動電壓取自輸入電源，芯片內部電路就不能正常工作，DC-DC便無法啟動；如果DC-DC芯片的驅動電壓取自輸出電壓，同樣，芯片根本無法啟動及進行任何升壓動作。本文針對輸入電源電壓變化范圍較大，在考慮商業(yè)成本的情況下，設計了2個振蕩器電路：主振蕩器和輔助振蕩器。輔助振蕩器靠輸入電壓供電，0．8 V即能起振，在VDD升至1．9 V以前控制功率管的導通與關斷，使VDD逐步抬升。主振蕩器靠輸出電壓即VDD供電，在VDD升至1．9 V以后以一個較穩(wěn)定的頻率工作，抬升并維持輸出電壓。電路的整體示意圖如圖1所示。該電路包括主振蕩器、輔助振蕩器以及它們的切換電路、帶隙基準電路、PWM比較器、過壓保護電路、過流保護電路等。

2 主振蕩器的設計
在構想了兩個在兩段不同的電源電壓下工作的振蕩器電路之后，就可以對兩個振蕩器電路分別進行設計。環(huán)形振蕩器因其結構簡單，易于集成，而用于許多集成電路芯片的設計，但其振蕩頻率受電源電壓變化的影響較大，文獻中所提出的方案雖然有較大改善，但它采用了大的集成電阻，這不僅增大了芯片面積，而且集成電阻阻值隨工藝偏差很大，還會進一步增大環(huán)振輸出頻率的不穩(wěn)定性。文獻所提出的改進型環(huán)形振蕩器電路頻率穩(wěn)定度高，適用于電源電壓變化較大的集成電路系統(tǒng)，但它采用了耗盡型MOS管，增加了電路的成本，不利于商業(yè)開發(fā)。本文所設計的主振蕩器采用如圖2所示的環(huán)形振蕩器結構。VC1，VC2分別為過壓保護電路，PWM比較器的輸出信號，MP10和MP11為帶隙基準提供的鏡像電流，合理的控制鏡像電流和電容C1，C2的大小，即能夠使主振蕩器在1．9～8 V的VDD區(qū)間輸出350 kHz左右較穩(wěn)定的振蕩頻率。