一种用于DCDC变换器中的BiCMOS迟滞比较器电路设计

一种用于DC/DC变换器中的BiCMOS

迟滞比较器电路设计

吴海波 谭传武

（湖南铁道职业技术学院 湖南 株洲 412001）

摘 要： 比较器是DC/DC电荷泵转化器中的重要组成部分，其性能优劣决定着DC转换的速度和精度。基于BiCMOS 0.6um工艺设计一种高速低功耗的迟滞比较器电路，利用Hspice仿真结果表明：在电压电压变换时比较器电路增益达到72dB，迟滞电压为0.1V，DC/DC变换器输出稳定5V，出现30mV的纹波电压。

关键词： 比较器；迟滞；BiCMOS

中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1120068－01

输出高电平，M7检测OUT端的高电平信号马上导通，此时VOUT端

0 引言

振荡器模块停止工作，输出主要靠输出电容放电维持并慢慢下DC/DC变换器是电子设备必不可少的组成部分，DC转换器

降，由于M7的导通分流作用，使得M3进入线性区，并且TE点的的性能优劣直接关系到系统的可靠性。比较器是判断DC/DC变

电位随之下降，实现比较器的迟滞功能。当VOUT继续下降，误换器电荷泵启动或关断的依据，为了得到宽电源范围下的稳定

差放大器检测到VF

TE点电位回到VDD-V GS4。

提高比较器分辨率及精度，因此比较器电路性能的优劣决定了

2 电路仿真结果

电荷泵转化器的输出是否精准。

本文在综合考虑功耗、比较器的增益和迟滞范围的基础基于华润上华0.6um工艺采用Hspice对比较器蒂娜路进行上，设计一种结构新颖的BiCMOS迟滞比较器电路。该电路在宽仿真，仿真如图2所示，比较器在低频下的增益达到72db，电路电压范围内有很低的功耗和失调电压，有较高的转换速度和比能很准确的判断VF与BG的大小，达到了预期的精度指标。

较精度，非常适合应用在DC/DC变换器中。

1 电路结构设计

比较器电路如图1所示，为DC/DC变换器的一个电路模块，

其偏置电压VB与参考电压BG都由带隙基准模块来提供。M15与

M16为比较器电路提供电流参考。DC/DC变换器输出电压VOUT通

过内部电阻R1与R2分压，得到反馈电压VF接误差放大器的输入

端，比较器完成两个输入信号进行比较。

图2 比较器的增益仿真

图1 比较器电路图

比较器的输出控制DC/DC变换器振荡器模块的工作，在输

出电压低于目标电压的时候振荡器启动，打开功率开关进行电

荷泵倍压充电，一直充电到输出电压稳定为5V，电荷泵停止工

作。当BG>VF，M1、M2、M3、M4、M5组成的运放输出 ，使得

M9导通性能变差，比较器输出OUT为低电平。当BG

M2、M3、M4、M5组成的运放输出 ，M9导通性能更好，比较器

输出OUT为高电平。

如果输出电压刚低于5V时经比较器检测出来启动电荷泵，

高于5V时关掉电荷泵，会使得MOS功率管总是在输出为5V上下动

作，必然导致功率管开关过于频繁，进而增加芯片内部功耗，

所以需要为比较器引入迟滞。

图1中M7、M14、M6的存在使得比较器具有迟滞功能，如果

DC/DC变换器的输出电压VOUT进一步增大，则比较器的OUT端口图3 比较器迟滞功能仿真波形

比较器迟滞功能仿真如图3所示。从4-5.5V扫描得到，比较器的迟滞范围为0.1V，当芯片高于5V时DC/DC变换器振荡模块停止 3 结论

本文设计了一款高速高精度低噪声的比较器，该比较器采工作，当芯片输出电压低于4.9V时，DC/DC变换器振荡用了两级放大器级联的结构，能很准确的判断DC/DC变换器的模块启动开始充电。

输出电压与基准电压的大小，并实现了迟滞功能。仿真结果表DC/DC变换器电压输出VOUT仿真如图4所示，从图4可以看明，比较器的增益达72dB，有很高的精度，并实现了迟滞，非出，反复的充电放电，使得输出电压出现纹波。

常适合应用在DC/DC变换器之中。

参考文献：

[1]任小永，高效率高功率密度通信模块电源技术的研究[D]. 南京航空航天大学，2008.

[2]姚凯，高功率因数DCM Boost PFC变换器的研究[D].南京航空航天大学，2010.

[3]袁臣虎，开关电源DC/DC变换器电路参数及新拓扑研究[D].天津大学，2012.

[4]孟涛，基于全桥结构的三相单级有源功率因数校正技术研究[D].哈尔滨工业大学，2010.

[5]孟涛，基于全桥结构的三相单级有源功率因数校正技术研究[D].哈尔滨工业大学，2010.

[6]娄佳娜，现代便携式设备中集成式电源管理的关键技术研究[D].浙江大学，2011.

图4 DC/DC变换器输出仿真波形

4.3 水泵运行计量/时间/运行统计

显示实时曲线，可显示年、月、日各个时间段的历史曲线和具在地面控制站上可分别对每台水泵的运行工作时间，故障体数据表。

4.5 水泵实时报警/报警记录

率，用电总量等进行统计，便于管理人员及时掌握每台水泵的运行状况。

将数据通过驱动进行实时采集，对于报警信号进行分析并且报警，在地面控制站上利用该组态软件进行现场单元当前的报警信息以及保存的报警记录。

5 结束语

焦煤集团演马煤矿井下水泵主排水子系统工程经过IFIX组态软件的设计与应用，已经形成了从底层数据采集到地面组态网络的信息发布于一体的模式，系统已于2011年9月6日安装完毕，并进入正常运行状态。实现了管理部门对于地面井下水泵设备的运行情况实时监控，以及对于数据的收集与分析，统计各个水泵的运作情况等。真正实现了地面与井下交互式操作，实现了控制与管理的需求。

基金项目：江苏省科技成果转化资金项（BA2010058）。

参考文献：

[1]廖常初，S7-300/400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，

2007：12-13.

图2 水泵运行计量/时间/运行统计

[2]杨俊利，发展煤矿井下选煤技术与装备的思考[J].选煤技术，4.4 水泵图形曲线显示

2010（1）：53-54.

在地面控制站上应可实时显示各设备运行图。用户可随心[3]卜丽，煤矿节能减排之井下选煤的应用[J].科技致富向导，2011所欲描绘各种动态图形、静态图形，同时支持多种图形格式，（17）：85.

图形画面具有链接功能，可以很方面地切换其它画面显示。可

1R-8R.

technique[J]. Anal. Chim. Acta, 2007, 582(2): 367-374.

[3]Gao J.Z.. Application of oscillating chemical reaction to analytical [6]Jimenez-Prieto R., Silva M., Perez-Bendito D.. Determination of chemistry: Recent developments [J]. Pak. J. Biol. Sci., 2005, 8(4): 512-519.

Trace Amounts of Reduced Glutathione by a Chemical Oscillating Reaction [4]Vukojevic V. B., Pejic N.D., Stanisavljev D.R., et al. Determination [J]. Analyst, 1996, 121(4): 563-566.

of Cl-, Br-, I-, Mn2+, malonic acid and quercetin by perturbation of a [7]Shakhashiri B. Z., Gordon G... Oxidation of tris(1,10-non-equilibrium stationary state in the Bray-Liebhafsky reaction [J], Analyst, phenanthroline)iron(II) ion by aqueous chlorine [J]. Inorg. Chem., 1968, 7(11): 1999, 124: 147-152.

2454-2456.

[5]Pejic N. D., et al. Kinetic determination of morphine by means of [8]赵学庄、张一宝、赵鸿喜等，以邻菲罗啉亚铁离子为催化剂的Bray- Liebhafsky oscillatory reaction system using analyte pulse perturbation

Belousov-Zhabotinskii反应的研究[J].催化学报，1984，5（1）：69-75.

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