基于DC-DC降压变换器结构电流实现PFM限流比较器的设计

　　本文采用的DC-DC降压变换器电路结构

　　本文采用的DC-DC降压变换器结构采用同步校正器代替传统的二极管，极大地提高了DC-DC降压变换器的效率，可达到95%左右。芯片的输入电压位于2.7V至5V之间，可工作在以下四种模式：固定频率的强制PWM模式，同步PWM模式，idle模式，关断模式。

　　限流比较器的设计

　　比较器输入级的设计

　　比较器输入级为射级耦合的差分输入级。

　　图1比较器的输入级

　　由上图可知，

　　（1）

　　（2）

　　则iC1可以近似为

　　（3）

　　同理

　　（4）

　　可求得差分跨导为：

　　（5）

　　在室温下，TV=26mV，所以运放跨导等于

　　（6）

　　此外，电阻R15，R16作为运放负载，可得出放大器输入级增益表达式如下：

　　（7）

　　比较器中间级

　　比较器中间级由D，E输入，A输出。MP724，MP725的作用是减小A点电压的变化幅度，使得比较器具有较短的瞬态响应时间和较快的速度。

　　现在计算折叠共源共栅运放的小信号电压增益，因为|Av|=GmRout，我们必须计算Gm和Rout，而

　　（8）

　　（9）

　　所以，V2A表达式如下：

　　（10）

　　图2比较器中间级

　　比较器输出级

　　比较器的输出级（ActiveLoadinverter）由A输入，B输出（图3），进一步提高放大器的增益，

　　（11）

　　因此，放大器总的增益AV表达式如下：

　　（12）

　　图3PFM限流比较器电路图

　　限流比较器电路图

　　综合前面比较器输入级，输出级，中间级的设计，可得出图3所示的PFM限流比较器电路图。当功率管导通时，对电感电流充电，使得电感电流上升，同时功率管的漏端电压下降，电流采样电路通过采样导通功率管的漏端电压，把采样得到的电压LS2，LTH2输入到PFM限流比较器，当功率管的漏端电压下降到一定程度，使得LS2达到PFM限流比较器门限LTH2时，比较器输出高电平至控制逻辑模块，从而使芯片进入PFM工作模式以延长电池寿命。

　　限流比较器的仿真

　　我们采用HSPICE对图3所示的电路进行了比较器功能的模拟，由图4可见当电感电流上升时，采样得到的电压LS2下降，当功率管的漏端电压下降到一定程度，使得LS2达到PFM限流比较器门限LTH2时，比较器输出高电平至控制逻辑模块，从而使芯片进入PFM工作模式以延长电池寿命。此外，比较器延迟70nS。

　　图4PFM限流比较器的仿真

　　结束语

　　本文成功地设计出一款应用到DC/DC芯片上的PFM限流比较器，并通过HSPICE进行了仿真。结果表明：电路结构简单，功耗低，响应速度快，完全满足新一代DC/DC产品的要求，且预计投入市场之后将获得上百万元的效益。

　　本文作者创新点：本文采用的DC-DC降压变换器结构采用同步校正器代替传统的二极管，极大地提高了DC-DC降压变换器的效率，可达到95%左右。基于该DC-DC降压变换器结构设计了一个新颖的基于Step-DownPWM电源管理芯片的PFM限流比较器电路，在轻载时使芯片进入PFM工作模式，因此能够延长电池寿命并且大幅度的提高Step-DownPWM电源管理芯片的效率。