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ME2129 研发报告 概述 ME2129是一种PWM/PFM 双模式控制的DC-DC 升压转换器芯片，其最大的输出电流可达800mA。该芯片可以根据负载的变化在PWM 和PFM 模式之间自动切换，而无需外加控制端口。ME2129采用高压CMOS工艺制造，具有低功耗，高精度的特点。该芯片采用SOT-23-5的微小封装，广泛应用于移动电子系统中，如移动通信终端、便携式电脑、PDA 等。 电路设计 1、系统结构 图1 双模式控制的DC-DC转换器芯片和片外元件框图 图1 所示为双模式DC-DC 转换器芯片和片外电路的结构框图。虚线部分中的电感L和电容Cl 构成的低通滤波器（LPF），与RF1 和尺RF2 构成反馈网络。软启动（softstart）、振荡器（OSC）、电压基准（bandgap）为芯片的功能电路。环路补偿（1oop compensation）、跨导放大器（GM）、三角波发生器（swath generator）、PWM 比较器（PWM comparator）、控制逻辑与驱动缓冲器（control logic and driver buffer）、功率管SN共同构成核心的PWM / PFM 控制环路。电流限制比较器（current limit comparator）、模式跳转比较器（skip comparator）、负载比较器（load comparator）构成PWM 模式与PFM 模式之间切换的判断电路。整个芯片只需要5 个封装脚，分别是：输出电压Vout ；外接Lx端；反馈电压VFB ；使能端口EN；接地引脚GND。 2、PWM 控制环路设计 在本文所提出的DC-DC 转换器中，采用了一种独特的快速响应，带输入电压前馈的电压模式PWM 环路控制。跨导放大器GM 和输入电压Vin 共同决定了在电容Ccomp上充电电流的大小，从而定了三角波的上升时间。所以输出电压和输入电压在PWM 模式下，直接控制了该转换器的占空比。所以在PWM 模式下，转换器具有优异的线性和负载瞬态调整性。由于DC-DC 降压转换器需要一个由电感和电容构成的LPF 来抑制纹波（ripple），并加入频率补偿以保持环路的稳定性。 3、PFM 控制环路设计 随着负载电流的减少，转换器将进入PFM 模式运行。在该模式下，功率频率将随负载电流的减少而减少，同时关断电路中大部分电路以减少静态电流消耗，以便保持较高的转换效率。两种情况可以使电路从PWM 模式切换到PFM 模式运行。其一是当负载比较器检测到电感电流有过零点；其二是模式跳转比较器检测到电感电流峰值小于设定的跳转电流Iskip。PFM 模式的控制环路有4 个比较器和逻辑电路组成，其中高电平比较器（comparator high）和低电平比较器（comparator low）分别控制输出电压的最高和最低电位；跳转比较器和负载比较器控制功率管S N 的翻转。在PFM 模式稳态运行下，如果输出电压的反馈值VFB低于阈值低压Vlow，则SN关断。当输出电压的反馈值VFB 上升到大于阈值高压Vhigh，则SN导通。电感电流增大，当增大到翻转比较器的阈值Ipeak 时，则SN导通。电感电流开始减少，当减少到负载比较器的阈值电流0A 时，则SN关断，开始一个新的周期。 4、双模式PWM/PFM 运行与高效率 PWM 模式在较大负载电流时具有高效率且；PFM 模式在较小负载电流时能保持较高的转换效率。功率型DC-DC 转换器的功耗一般由3 部分组成：导通功耗：主要是功率管的导通电阻和电感及电容的寄生电阻所消耗的功耗；开关功耗：主要是脉冲信号对功率管寄生电容充放电产生的；静态功耗：主要是芯片内各功能模块消耗的静态功耗。当开关频率固定时，输出电流越大，导通功耗的比例越大；当输出电流减少时，开关功耗的比例越大。在小输出电流时，如果仍然保持PWM 模式运行，转换效率将急剧下降。所以我们设计了双模式PWM/PFM 控制。在PFM模式下，开关频率随输出电流的减小而减小。同时关断芯片中的大部分耗电模块，减小静态功耗，保持了高的转换效率。两种情况可以使电路从PWM 模式自动切换到PFM模式运行：其一是当负载比较器检测到电感电流有过零点；其二是模式跳转比较器检测到电感电流峰值小于设定的跳转电流Iskip。从PFM 模式跳转回PWM 模式主要由输出电压检测决定：当负载从轻载突变到重载时，输出电压会有一个大的下降，所以输出电流从小变大时，检测输出电压，可以使芯片从PFM模式切换回到PWM 模式。 版图设计 总结 Me2129一种输出电流可达800mA ，脉宽调制（PWM）和变频调制（PFM）双模式控制的，高效率、高稳定性DC-DC 转换器。该转换器在负载电流大于80mA时采用功率频率为300KHz 的PWM 工作模式，在负载电流小于80m