一種DC-DC升壓型開關(guān)電源的低壓啟動方案

摘要：設(shè)計(jì)了一種DC-DC升壓型開關(guān)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(nèi)工作頻率較穩(wěn)定的振蕩器電路，利用電壓檢測模塊進(jìn)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(jié)果表明，在0．8 V低輸入電壓時，通過此升壓型開關(guān)電源，可以將VDD升高至3．3 V。
關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；環(huán)形振蕩器；低壓啟動；COMS

0 引言
各種便攜式電子產(chǎn)品，如照相機(jī)、攝像機(jī)、手機(jī)、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(shè)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(shè)計(jì)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(guān)電源在低輸入電壓下工作，利用控制電路導(dǎo)通和關(guān)斷功率管，在功率管導(dǎo)通時，電感儲存能量；當(dāng)功率管關(guān)斷時，電感釋放能量，對輸出電容充電，輸出電壓升高。當(dāng)輸入電源低至1．0 V以下，如果DC-DC芯片的驅(qū)動電壓取自輸入電源，芯片內(nèi)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(qū)動電壓取自輸出電壓，同樣，芯片根本無法啟動及進(jìn)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(shè)計(jì)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(dǎo)通與關(guān)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(zhǔn)電路、PWM比較器、過壓保護(hù)電路、過流保護(hù)電路等。

2 主振蕩器的設(shè)計(jì)
在構(gòu)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(jìn)行設(shè)計(jì)。環(huán)形振蕩器因其結(jié)構(gòu)簡單，易于集成，而用于許多集成電路芯片的設(shè)計(jì)，但其振蕩頻率受電源電壓變化的影響較大，文獻(xiàn)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(jìn)一步增大環(huán)振輸出頻率的不穩(wěn)定性。文獻(xiàn)所提出的改進(jìn)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(shè)計(jì)的主振蕩器采用如圖2所示的環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)。VC1，VC2分別為過壓保護(hù)電路，PWM比較器的輸出信號，MP10和MP11為帶隙基準(zhǔn)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。