脉波频率调变(PFM)控制IC于停止切换的间歇时间可达数毫秒(msec)之久，所以半导体切换元件的切换损失，比起定频PWM的控制IC要小很多；若被动元件选择正确，利用这类IC设计的电源转换器会有较高的效率。

关于PDA电源线路之设计，笔者已在113期做过简单介绍；而PDA的电源还有一部分也很重要，就是提供Panel的电源。 Panel的材质，影响电源供给的方式；一般来说，大概分为TFT与STN两种。对于这些Panel来说，不同的驱动电路也就产生不同的电源需求；虽然有各种不同的电源需求，其中具有正负电压的电源是较常见到的设计，参考(图一)所示，本文将对此具有正负电压的电源设计做一介绍。

如(图二)a之反驰式升降压电路，虽然电路简单，可是会用到变压器。此变压器的体积或高度有一定大小，对于PDA或小型电子产品不合适，所以采用b与c的电路较合适。今将两电路之操作原理及设计范例说明如下：

图一 : 正负电压的电源设计

图二 : 反驰式升降压电路

图三 : 切换组件M的切换频率

操作原理

一.升压型电源转换器

当切换元件M导通时，输入电源Vin对电感L充电，以电磁能方式将能亮储存于电感中。此时因为二极体D1逆偏，所以开路，负载电流由输出电容C提供，所以要降低输出涟波，就要增加输出电容值，或是提高切换元件M的切换频率，参考(图三) 。

当切换元件M截止时，等效电路，二极体D1会因电感之楞次定律导通，电感L之电磁能会释放至负载端，同时对电容C充电，其电压电流波形可参考(图四)。

二.负压型转换器

A.当切换元件M导通时，输入电源Vin，对电感L充电，以电磁能方式将能量储存于电感中；此时因为二极体D1逆偏所以开路，负载电流由输出电容C提供，所以要降低输出涟波，就要增加输出电容值，或是提高切换元件M的切换频率，参考(图五)。

B.当切换元件M截止时，等效电路参考；二极体D1会因电感之楞次定律导通，电感L之电磁能会释放至负载端，同时对电容C充电，其电压电流波形可参考(图六)。

图四 : 电压电流波形

图五 : M的切换频率

图六 : 电压电流波形

应用范例

金举一实际例子,若PDA之Panel驱动电路之电源需求为+3.3v及±28v。其中3.3v可用上篇介绍的SEPIC电路设计,至于±28v将利用3.3v升至+28v及-28v,叙述如下:

3.3v转28v：

STEP 1确定电气规格

Input=2.8v~4.2v

Output=28v

Output Current=3mA~10mA

Output Voltage Ripple〈1.4v

STEP 2选定升压型电源转换器，切换频率100kHz

STEP 3计算电感L

L〈LB=[Vo*Ts*Dmin*(1-Dmin)2]/(2*IoB)，佛瑞 PFM Controller

Ts=1/fs=1/100k=10(μsec)

IoB=Iomin=3mA

Dmin=1-Vimax/Vo=1-4.2/28=.85

L〈LB=[28*10μ*.85*(1- .85)2]/(2*3m)=892uH

L LB/20=44.6U，佛瑞 Character of PFM Controller

STEP 4切换元件规格

Diode D1 耐压〉28v，耐电流〉2*Io=20mA

选取1N5819，40v/1A

Mosfet M 耐压〉28v，耐(20mA*28/3.3)/0.8=0.21A

选取CET3055，60v/4A

STEP 5输出电容选择

C〉Io*D*Ts/ΔVo=10m*.85*10u/1.4=60 nF

ENERmax〈ΔVo/ΔID1=1.4/20m=70Ω

选取100uF/50v

3.3转-28V

STEP 1确定电气规格

Input=2.8v~4.2v

Output=-28v

Output Current=3mA~10mA

Output Voltage Ripple〈1.4v

STEP 2选定负压型电源转换器，切换频率100kHz

STEP 3计算电感L

L〉LB=To*Ts*(1-Dmin)2/(2*IoB)

Vo/Vimax=Dmin/(1-Dmin)=28/4.2

IoB=Io=10mA

Dmin=0.86

L〉LB=28*10U*(1-0.86)2/(2*10没)274UH

L=〉330UH

STEP 4切换元件规格

Diode D1 耐压〉28v+4.2v=32.2v，耐电流〉 Io=10mA

选取1N5819，40v/1A

Mosfet M 耐压〉28v+4.2v=32.2v，耐电流〉(10mA*28/3.3)/0.8=0.11A

选取CET3055，60v/4A

STEP 5输出电容选择

C〉Io*D*Ts/ΔVo=10m*.86*10u/1.4=60nF

ENERmax〈ΔVo/ΔID1=1.4/20m=70Ω

选取100uF/50v

实验结果

今将上述设计值经实验后，结果如下所示(图七)(图八)：

图七 :

图八 :

结论

虽然在坊间有一些技术书籍，会介绍相关的动作原理及元件计算方式，可是实际的应用设计就很不容易找到，因此读者可以经由此篇文章，略知PDA电源管理的设计方法。本文的实验电路中，采用脉波频率调变(PFM)控制IC。这种IC的脉波截止时间固定，脉波的导通时间可变，可以依输入电压或负载大小作适当调变，而得到稳定之输出电压。

这类控制IC与PWM另一不同之处是，其切换动作是间歇性的。若输出电压达到设定值，切换动作就停止；一直到输出电压低于设定值，再行切换动作。其停止切换的间歇时间可达数毫秒(msec)之久，所以半导体切换元件的切换损失，比起定频PWM的控制IC要小很多，若被动元件选择正确，利用这类IC设计的电源转换器会有较高的效率。