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        2. 如何成功應用DC-DC升壓/降壓穩壓IC

          DC-DC開關轉換器用于有效地將一個直流電壓更改為另一個直流電壓。高效率DC-DC轉換器有三種基本拓撲結構:降壓(降壓)、升壓(升壓)和降壓/升壓(降壓/升壓)。降壓轉換器用于產生較低的直流輸出電壓,升壓轉換器用于產生較高的直流輸出電壓,降壓/升壓轉換器用于產生小于、大于或等于輸入電壓的輸出電壓。本文重點介紹如何成功應用降壓/升壓DC-DC轉換器。

           

          圖1所示為由單節鋰離子(Li-Ion)電池供電的典型低功耗系統。電池的可用輸出從放電時的約3.0V到充滿電時的4.2V不等。系統IC需要 1.8V、3.3V和3.6V才能實現最佳工作電壓。鋰離子電池從4.2V開始,以3.0V結束,而降壓/升壓穩壓器可以提供恒定的3.3V電壓,降壓穩壓器或低壓差穩壓器(LDO)可以在電池放電時提供1.8V的電壓??梢韵胂?,當電池電壓高于3.5V時,降壓穩壓器或LDO可用于3.3V,但是當電池電壓降至3.5V以下時,系統將停止工作。

          典型的低功耗便攜式系統

          典型的低功耗便攜式系統

           

          降壓/升壓穩壓器包含四個開關、兩個電容器和一個電感器,如圖2所示。如今的低功耗、高效率降壓/升壓穩壓器在降壓或升壓模式下工作時,只需主動操作四個開關中的兩個,從而降低損耗并提高效率。

          降壓/升壓轉換器拓撲結構

          降壓/升壓轉換器拓撲結構

           

          標準降壓調節器如圖3所示。當VIN大于VOUT時,開關C斷開,開關D閉合。開關A和B在標準降壓調節器中工作,如圖3所示。

          VIN>VOUT時的降壓模式

          VIN>VOUT時的降壓模式

           

          當VIN小于VOUT時,開關B斷開,開關A閉合。開關C和D在增壓調節器中的工作方式如圖4所示。最困難的工作模式是當VIN在VOUT±10%范圍內時,調節器進入降壓-升壓模式。在buck-boost模式下,兩種操作(buck和boost)在切換循環中發生。必須注意減少損耗,優化效率,消除模式切換帶來的不穩定性。其目標是在電感器中保持最小電流紋波的電壓調節,以保證良好的瞬態性能。

          VIN<VOUT時的增壓模式

          VIN<VOUT時的增壓模式

           

          在高負載電流下,降壓-升壓轉換器采用電壓或電流模式、固定頻率脈寬調制(PWM)控制,以實現最佳穩定性和瞬態響應。為確保便攜式應用中最長的電池壽命,省電模式可降低輕負載條件下的開關頻率。對于無線和其他低噪聲應用,可變頻率省電模式可能會造成干擾,因此增加了一個邏輯控制輸入,以強制在所有負載條件下進行固定頻率PWM操作。

           

           

          降壓/升壓穩壓器可提高系統效率

          目前使用的大量便攜式系統都由單節可充電鋰離子電池供電。如上所述,電池將從充滿電的4.2V開始,然后緩慢放電至3.0V。當電池的輸出降至3.0V以下時,系統將關閉,以保護電池免受極端放電造成的損壞。當使用低壓差穩壓器產生3.3 V電源軌時,系統將在

          VIN最小值=VOUT+VDROPOUT=3.3V+0.2V=3.5V


          僅使用電池存儲能量的70%。但是,使用降壓/升壓穩壓器時,系統能夠繼續工作在低至最低實際電池電壓。靜態電流600mA和1000mA升壓/降壓(降壓/升壓)DC-DC轉換器,輸入電壓大于、小于或等于穩壓輸出電壓。電源開關位于內部,最大限度地減少了外部元件的數量和印刷電路板(PCB)面積。這種方法允許系統一直工作到3.0V,使用電池存儲的大部分能量,增加系統在需要電池充電之前的工作時間。

           

          為了節省便攜式系統的能源,各種子系統(如微處理器、顯示器背光和功率放大器)在不使用時經常在全開和休眠模式之間切換,這可能會在電池供電線上引起大電壓瞬變。這些瞬變可能導致電池的輸出電壓短暫降至3.0V以下,并觸發電池電量低警告,導致系統在電池完全放電之前關閉。降壓/升壓解決方案可承受低至2. V的電壓擺幅,有助于保持系統的潛在工作時間。

           

           

          降壓/升壓穩壓器主要規格和定義


          輸出電壓范圍選項:降壓/升壓型穩壓器可提供指定的固定輸出電壓,或提供一種允許通過外部電阻分壓器對輸出電壓進行編程的選項。

           

          接地或靜態電流:直流偏置電流不適用于負載(Iq)。Iq越低,效率越好,但Iq可以在許多條件下指定,包括關閉、零負載、脈沖頻率模式(PFM)或脈沖寬度模式(PWM)操作,因此在確定應用的最佳升壓調節器時,最好查看特定工作電壓和負載電流下的工作效率。

           

          關斷電流:使能引腳設置為關斷時消耗的輸入電流。低我q當電池供電設備處于睡眠模式時,對于長時間待機非常重要。在邏輯控制關斷期間,輸入與輸出斷開,從輸入源吸收的電流小于1μA。

           

          軟啟動:具有軟啟動功能非常重要,該功能以受控方式使輸出電壓斜坡上升,以防止啟動時輸出電壓過沖過多。

           

          開關頻率:低功耗降壓/升壓轉換器通常在500kHz至3MHz之間工作,較高的開關頻率允許使用更小的電感器并減小所需的PCB面積,但開關頻率每加倍,效率就會降低約2%。

           

          熱關斷(TSD):如果結溫升至指定限值以上,熱關斷電路將關閉穩壓器。持續的高結溫可能是大電流操作、電路板冷卻不良和/或環境溫度高的結果。保護電路包括遲滯,因此在熱關斷后,器件不會恢復正常工作,直到片內溫度降至預設限值以下。

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

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          創建時間:2022-04-28 14:41
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