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多模式開關(guān)電源控制芯片的低功耗設(shè)計方案(2)
2012年02月08日 10:50 來源:《固體電子學(xué)研究與進展 作者:郝炳賢,吳曉波,陳 我要評論(0)
圖5為5 V穩(wěn)定電壓源(REG)的電路原理。其中P1、P2、P3、P4組成共源共柵結(jié)構(gòu),可以提高電流鏡的鏡像精度,同時提高電源抑制比。Q3、Q4、R 1、R2組成一個帶隙基準電壓,這樣可以減小額外的電流支路,降低功耗。Q1、Q2組成達林頓結(jié)構(gòu),增加輸出能力。P5、P6增加匹配,減小溝道長度調(diào)制效應(yīng)。Q1、Q2、R3、R4、R5、R6、Q4、P5、P6組成一個負反饋環(huán)路,將REG電壓穩(wěn)定在5 V。圖中C具有兩種作用:1、記憶直流工作點;2、補償環(huán)路電容。
穩(wěn)壓機理如下:當負載增加時,REG電壓下降,則Q4基極下降,集電極升高,經(jīng)過P5、P6,使得Q1、Q2基極升高,REG 電壓升高;反之亦然。
REG電壓是片上多數(shù)模塊的供電電壓,驅(qū)動能力設(shè)計為4mA。
圖5 5 V 穩(wěn)定電壓源
1.4 4.3 V穩(wěn)定電壓源
4.3 V 的穩(wěn)定電壓源(VDD-AD)用來在輕載時為系統(tǒng)供電,始終保持工作,在BURST模式下由它為模擬模塊供電。
圖6 4.3 V 的穩(wěn)定電壓源
是帶隙基準電壓,通過一個運放、一個達林頓結(jié)構(gòu)的晶體管和一個電阻分壓網(wǎng)絡(luò)組成負反饋環(huán)路來產(chǎn)生4.3 V 的穩(wěn)定電壓。其穩(wěn)壓機理如下:當負載增大時,VDD-AD電壓下降,此時A點電壓下降,使運放的輸出上升,則Q1、Q2基極升高,REG電壓重新升高,獲得穩(wěn)定;反之亦然。
VDD-AD是檢測模塊的供電電壓,設(shè)計驅(qū)動能力為2 mA.芯片負載減小時,關(guān)斷REG,減小了芯片的靜態(tài)功耗,這樣既能保證芯片的驅(qū)動能力,又同時降低了芯片的靜態(tài)功耗。
圖7 REF-OK 電路的設(shè)計
1.5 REF_OK模塊
REF_0K模塊用以標志電源系統(tǒng)是否建立好,以控制決定供電單元是否正常開始工作。其中兩個比較參考電平REFOK1、REF0K2的關(guān)系始終保持為REFOK1
表3 REF_OK 的基本功能表
1.6 模式控制邏輯
模式控制邏輯用以保證在進行模式選擇時,電源系統(tǒng)正常工作。當FB電壓底于0.5 V時,該控制邏輯通過內(nèi)部電流滯回比較器自動選擇進入待機模式。RUN信號(其為高電位有效)用來關(guān)斷綠色多模式反激變換器中的其它控制模塊,以實現(xiàn)低待機功耗。
圖8 模式控制邏輯
2.版圖設(shè)計及測試結(jié)果
2.1 版圖設(shè)計
圖9給出了制得的多模式開關(guān)電源控制芯片的顯微照片,其中用線框標出的部分就是所設(shè)計的供電模塊,包括:欠壓鎖定電路,數(shù)字電源,模擬電壓源(5 V穩(wěn)定電壓源,4.3 V穩(wěn)定電壓源),REF_OK等子模塊。兩個模擬電壓源因功率較大,可視為熱源,將其統(tǒng)一放置在版圖的左邊,而PTAT、帶隙基準等敏感模塊則盡量遠離熱源,放置在版圖的右邊,欠壓鎖定電路也放置在版圖的右上角。
圖9 芯片的顯微照片
2.2 Regulator的測試
5 V 電壓的PSR測試波形如圖10所示。由此圖可見,其PSR可以達到-60 dB.該供電模塊在工作頻率為40~130 kHz的綠色多模式反激式控制器中的應(yīng)用表明,它對來自電源的干擾具有較好的抑制能力。
圖10 5 V電源的PSR
2.3 供電系統(tǒng)的測試
UVLO的啟動電流測量值僅為17.8 A,實現(xiàn)了系統(tǒng)的低啟動電流。系統(tǒng)上電和掉電的測試結(jié)果如圖11和圖12所示??梢娤到y(tǒng)在VDD的設(shè)置門限內(nèi)工作良好,REF-OK可以正確指示各個供電模塊正常工作。掉電過程正好相反。
圖11 供電模塊的上電和掉電過程(1)
圖12 供電模塊的上電和掉電過程(2)
本文導(dǎo)航
- 第 1 頁:多模式開關(guān)電源控制芯片的低功耗設(shè)計方案(1)
- 第 2 頁:5 V基準電壓源(REG)
- 第 3 頁:模式控制和效率測試
標簽:開關(guān)電源(3)控制芯片(17)低功耗設(shè)計(13)