基于PWM电源管理芯片的电压比较器电路设计

摘要：在基于脉宽调制技术的电源管理芯片中，都需要使用电压比较器。本文提出了一种用于电源管理芯片的电压比较器电路设计，该比较器电路结构简单、能够完成电源管理的需求，并已应用于实际工作中。

关键词：比较器 脉宽调制 电源管理

中图分类号：TN386 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0137-02

1 引言

电压比较器是一种常用的模拟信号处理电路，能够对两路电压信号进行比较，并判断哪个电压信号大（或小）。电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换、模数转换以及越限报警等许多场合。电压比较器通常由集成运放构成，且大多处于开环或正反馈状态。比较器的种类有多种，如零电平比较器、任意电平比较器、滞回电压比较器等[1]。在PWM模式的电源管理芯片中[2，3]，为了克服必须使用集成运放来构成比较器的问题，设计了一种电压比较器，该比较器结构简单，且转换速度快、鉴别灵敏度高，能够满足电源管理芯片的使用需求，并已被应用在实际电源管理芯片中。

2 电压比较器的基本原理

图1给出了电压比较器的符号及传输特性。其反相输入端加信号，同相输入端加参考电压。比较器一般是开环工作，其增益很大。所以，当时，输出为“高”。而当接近时，输出电平发生转换。其它时刻与可能差得很远（即）。电压比较器的输入为模拟量，可作为模拟和数字电路的接口电路，也可作为一位模-数转换器，在实际中有着广泛应用。

电压比较器可以用运放构成，也可用专用芯片构成。作为比较器的另一个重要特性就是转换速度，即比较器的输出状态产生转换所需要的时间。通常要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。比较器的转换速度与器件压摆率有关，越大，输出状态转换所需的时间就越短，比较器的转换速度越高。电压比较器一般为开环应用或正反馈应用，不需要相位补偿电容[4，5]

3 电压比较器的设计与仿真

电压比较器模块在电源管理电路中起着非常重要的作用，是电路的使能输入部分，表1是此模块的设计参数指标：

电压比较器的“2”输入端是电路的使能控制端，只有当“2”端输入电压高于3V时，比较器输出一个高电平使能信号，使驱动开关开启，让整个电路开始工作。图2是此比较器模块的电路图，其中Vin-和Vin+分别是比较器的反向和同向输入端，Vref-3是来自基准的偏置电压，R1和R2是输入端负载电路，Vand1，Vand2，S及g端均为同向输出端，c和d为反向输出端。其中，Vin-端接固定的3.7V稳定电压，当Vin+端输入大于3V时，T21管导通同时T22管截至，从而T68管导通，此时由于镜像作用，T67，T69，T70及T71均导通，且T63，T64，T65及T66均截至。导通的晶体管在各自的负载电阻上产生压降，从而同向输出端Vand1，Vand2，S及g端输出均为高电平，而c和d端输出为低电平。当Vin+端输入电压低于3V时，情况刚好相反。图3和图4分别为此电路同向端和反向端输出波形图。

通过以上的设计及电路仿真，得到其电参数仿真结果如表2所示。

4 结语

按照表1所示的设计要求，并通过对表1和表2的比较，电路的仿真结果在允许的误差范围内，符合设计要求，并且该电路模块在实际PWM电源管理芯片中运行良好。对于该电路的进一步优化将是深入研究的重点问题。

参考文献

[1]吴运昌.模拟电子线路基础.广州：华南理工大学出版社，2005.

[2]钟国华，吴玉广.PWM芯片分析及其振荡器电路的简化设计.半导体技术，2004，29（2）. 65-68.

[3]BryantBrad， Kazimierczuk MarianK.Open-Loop Power-State Transfer Function Relevant Current-Mode Control of Boost PWM Converter Operation in CCM. IEEE Transactions on Circuits and Systems.，2005， 52（10）. 2158-2164.

[4]Crovetti P.S.，Fiori F.Compact，very low voltage， temperature-independent reference circuit. IET， Circuits， Devices & Systems. 2007，1（1）.63-71.

[5]吴铁峰，张鹤鸣，胡辉勇.一种电流模式多输入可控PWM比较器设计.电子器件，2010，33（1），81-84.

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