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1、2011年8月15日现代电子技术Aug.2011第34卷第16期ModernElectronicsTechniqueVol.34No.16一种DC-DC升压型开关电源的低压启动方案张海瑞,张涛(武汉科技大学,湖北武汉430081)摘要:设计了一种DC-DC升压型开关电源的低压启动电路,该电路采用两个在不同电源电压范围内工作频率较稳定的振荡器电路,利用电压检测模块进行合理的切换,解决了低输入电压下电路无法正常工作的问题,并在0.5mCMOS工艺库(VthN=0.72V,VthP=-0.97V)下仿真。仿真结果表明,在0.8V低输入电压时,通过此升压型开关电源,可以将VDD升
2、高至3.3V。关键词:开关电源;环形振荡器;低压启动;COMS中图分类号:TN710-34文献标识码:A文章编号:1004-373X(2011)16-0192-03Low-voltageStartCircuitofDC-DCBoostSwitchingPowerSupplyZHANGHa-irui,ZHANGTao(WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430081,China)Abstract:AlowvoltagestartcircuitofDC-DCboostswitchingpowersupplyared
3、esigned.Itadoptstwofrequencystab-ilizationoscillatorcircuitsworkingintwodifferentrangesofpowersupply,andthereasonableswitchoverwithvoltagedetec-tingmodulesolvestheproblemthatthecircuitcannotnormallyoperatewiththelowinputvoltage.Thecircuitwassimulatedbytheaidof0.5mCMOSprocessbank(Vthn=0.72V,V
4、thp=-0.97V).Theresultsshowthat,whenthelowinputvoltageis0.8V,theDC-DCboostswitchingpowersupplycanriseVDDto3.3V.Keywords:switchingpowersupply;ringoscillator;startwithlowinputvoltage;CMOS驱动电压取自输出电压,同样,芯片根本无法启动及进0引言行任何升压动作。本文针对输入电源电压变化范围较各种便携式电子产品,如照相机、摄像机、手机、笔大,在考虑商业成本的情况下,设计了2个振荡器电路:记本电脑、多媒体播
5、放器等都需要DC-DC变换器等电主振荡器和辅助振荡器。辅助振荡器靠输入电压供电,源管理芯片。这类便携式设备一般使用电池供电,总能0.8V即能起振,在VDD升至1.9V以前控制功率管的量有限,因此,电源芯片需要最大限度地降低工作电压,导通与关断,使VDD逐步抬升。主振荡器靠输出电压即延长电池的使用寿命。传统DC-DC的工作电压一般都VDD供电,在VDD升至1.9V以后以一个较稳定的频率在1.0V以上,本文所设计的电路将这一启动电压降低工作,抬升并维持输出电压。电路的整体示意图如图1至0.8V。所示。该电路包括主振荡器、辅助振荡器以及它们的切1电路整体示意图换电路、带隙基准电路、P
6、WM比较器、过压保护电路、过流保护电路等。DC-DC升压型开关电源在低输入电压下工作,利用控制电路导通和关断功率管,在功率管导通时,电感储存能量;当功率管关断时,电感释放能量,对输出电容充电,输出电压升高。当输入电源低至1.0V以下,如果DC-DC芯片的驱动电压取自输入电源,芯片内部电路就不能正常工作,DC-DC便无法启动;如果DC-DC芯片的收稿日期:2011-02-26基金项目:湖北省教育厅科学技术研究计划重点项目(D20101104)图1DC-DC升压型开关电源芯片的整体示意图第16期张海瑞等:一种DC-DC升压型开关电源的低压启动方案193器结构,它利用亚阈值导通的原理
7、,使得起振电压降至2主振荡器的设计0.8V,但是这个辅助振荡器在0.8~1.9V的VDD区间在构想了两个在两段不同的电源电压下工作的振里频率变化很大,会在电路启动阶段造成很大的浪涌电荡器电路之后,就可以对两个振荡器电路分别进行设流,造成系统的不稳定。计。环形振荡器因其结构简单,易于集成,而用于许多集成电路芯片的设计,但其振荡频率受电源电压变化的影响较大,文献[1]中所提出的方案虽然有较大改善,但它采用了大的集成电阻,这不仅增大了芯片面积,而且集成电阻阻值随工艺偏差很大,还会进一
