应用于开关电源控制芯片的欠压锁存电路的设计

　　随着各种便携式电子设备的快速发展， 对单片开关电源控制芯片的需求越来越大， 相应地， 对于芯片的性能要求也越来越高， 为了避免在芯片正常工作时电源电压的波动对芯片内部电路产生不利的影响， 通常需要欠压锁存电路对电源电压进行监控， 一旦检测到低于所设置的欠压阈值， 芯片停止工作。

　　传统的欠压锁存电路要求简单实用， 但忽略了功耗的问题， 当芯片在正常工作时， 欠压锁存电路仍然具有一定的功耗， 这样就降低整个芯片的转换效率， 基于这样的考量， 本文设计了一种低功耗的欠压锁存电路， 并在CSMC 0. 5 m CMOS工艺库下使用Cadence Spectre进行了仿真验证， 结果表明基本满足设计要求。

　　1 电路设计

　　1. 1 传统的欠压锁存电路及原理

　　传统的欠压锁存电路如图1所示， 供电电源Vin提供偏置使带隙基准电压源工作， 分压电路采样Vin的变化， 通过电压比较器与基准电压进行比较， 产生一个UVLO信号。当采样值高于基准值时， 输出一个高电平， 启动芯片工作; 当供电电源Vin发生波动， 致使采样值低于基准值时， 输出低电平信号， 禁止芯片其他部分电路工作， 直到解除欠压状况。这种电路需要带隙基准源和比较器， 电路结构比较复杂， 而且电路的功耗比较大， 响应速度较慢。基于这种情况， 本文设计了一种新型欠压锁存电路， 以降低欠压锁存电路自身功耗， 提高响应速度。

图1 传统的欠压锁存电路示意图

　　1. 2 新型欠压锁存电路

　　新型欠压锁存电路由采样模块、先导控制模块、加速响应电路、迟滞反馈电路、缓冲电路等组成， 如图2所示。R 1， R 2， R3， R 4 电阻分压网络实现对Vdd电压的采样，M 1， R5 与Inv1(M12， M13组成)构成先导控制电路， 控制比较器的灌电流; M2， M3， R6 构成比较器， 实现采样电压与Vth的比较; M 5， R8， 与门AND1构成另外一路充电回路， 只在Vdd电压下降过程中有效; M0 实现迟滞反馈的功能; C0 为储能电容， 实现充放电的功能; M6， M7， M8， M9， M10， M11构成施密特触发器， 与Inv3 (M14， M15组成)一起实现整形滤波的功能。本电路通过先导控制电路控制电流较大的比较器的灌电流， 使比较器只有在状态发生翻转时有微弱的电流流过M3， 在其余时间内， 无论比较器输出高电平还是低电平， 都没有电流流过M3， 也就是说电路无论是处在正常工作状态还是欠压状态， 比较器总是关断， 这样就可以把电路的功耗降到最低， 满足了低功耗设计的要求。

图2 一种新型欠压锁存电路

　　具体的工作过程叙述如下: