来源：《电子技术应用》

摘要：在电池供电模式下，采有一种改进的限流pfm升压转换器为微机器人提供驱动电压，既保持了传统pfm的低静态电流，又有很高的转换效率。给出了确定pfm控制器的关键参数及选择外部器件的方法，设计了完整的数模混合电路系统，实现了管道内微机器人的驱动控制。 关键词：pfm 微机器人 驱动系统 近年来由于核工业、发电、化工等行业对细小管道维护的需要，管道内微机器人的研究成为人们关注的热点。这种管道的直径一般为20～30mm。对于采用有垂直爬坡能力的管道内微机器人，其控制器的设计要求是对电压的幅度、频率、占空比均可调。笔者设计的管道内壁检测微机器人控制器的输入电压为5v，输出电压为-70～+70v，频率为1khz，占空比为25%（下坡）或75%（爬坡）。设计时要求电路要尽可能小、功耗尽可能低，以便能够采用多芯片封装技术集成到单一芯片上，并直接装载在微机器人上。 根据以上要求，采用maxim公司低功耗的基于pfm的dc-dc升压芯片、串行输入dac、8引脚的mcu以及mosfet驱动芯片组成数模混合电路。 1 pfm升压转换器的原理 1.1 升压转换器 为了减小体积和重量，微机器人采用电池供电。为保证系统稳定可靠地工作，需要一个稳定的电源电压。简单的三端线性稳压器无法满足要求，只有采用升压型开关稳压器。 升压型dc-dc转换器的电路结构原理如图1所示。开关k接通时电池b给电感l充电，在l中以磁能的形式储存能量，k断开后l中的磁能又以电能的形式释放给滤波电容c2和负载r1。周期性的开关操作使电池能量源源不断的送入负载，而输出电压被转换为： vout=vin/(1-δ) （1） 其中，δ为开关占空比。控制电路监测输出电压并控制占空经，从而达到调节和稳定输出直流电压的目的。 1.2 pfm控制器 常见的控制方式有pfm脉冲频率调制和pwm脉冲宽度调制。前者具有较小的静态电压，轻载情况下效率较高，但绞波稍大；后者在重载时具有较高效率，噪声小。而采用改进的限流单稳态时序pfm控制器则同时具有较小的静态电流和重载时较高效率的优点，故采用该种控制器来驱动外部mosfet。限流单稳态时序pfm控制器原理图如图2所示。它利用一个误差比较器、电流检测放大器、最小关断单稳态和最大开启单稳态作为反馈和控制，消除了传统门电路振荡器引起的时间限制。 由图1、图2可知，当输出电压降低时，误差比较器设置电路开启外部mosfet（即开关k），通过mosfet的电流增长向电感l存储能量，当电流检测放大器或最大时间单稳态触发后，mosfet关闭，输入电流的中断导致电感产生电压尖峰，从而迫使电感的电流通过输出二极管d到输出滤波电容c2和负载。当存储的能量释放时，电流下降，直到二极管关断。通过二极管的电流大时，输出滤波电容存储能量，电流变小时再释放能量，保持稳定的输出电压。 由于电感和峰值开关电流不独立，无法直接计算，一般只能靠多次试验来估计。本文采用由darryl phillips提出引入ξ（xi）的方法，快速地推算关键参数及选择外部器件。ξ（xi）是时间参数的比值，也就是没有负载时的电流和电路满负载时的电流下降时间之比。单稳态时序pfm控制器最大频率时有最大负载，而这受最小关断时间限制。因此ξ（xi）由占空比和开启电压以及最小关断时间决定。实际上ξ（xi）只不过是一个参数，它保证峰值开关电流和电感值的协调，从而达到所希望的输出功率。原算法是基于pfm升压回扫式转换器的，加以改动可用于本系统。 例如在本系统中：输入电压vin=5v，最大输入电压vin（max）=6v，最小输入电压vin（min）=2.5v，输出电压vout=70v，输入电流