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高效率DC-DC转换器三项基本技术

来源:-- 作者:-- 浏览:350

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摘要: 中心议题: 探讨高效率DC-DC转换器三项基本技术 解决方案: 采用降压/升压调节器(如ADP2503或ADP2504) 采用电流模式、固定频率、脉冲宽度调制 (PWM)控制 DC-DC 开关转换器的作用是将一个直流电压有效转换成另一个。高效率DC-DC转换器采用三项基本技术:降压、升压,以及降压/升压。降压转换器用于产生低直流输 出电压,升压转换器用于产生高直流

当 VIN小于VOUT,时,开关B断开,开关A闭合。开关C和D的工作方式和在升压调节器中一样,如图4所示。最困难的工作模式是当VIN 处在VOUT ± 10%, 范围内时,此时调节器会进入降压/升压 模式。在降压/升压模式下,两种操作(降压和升压)会在一个开关周期内发生。应特别注意降低损耗、优化效率,以及消除由于模式切换造成的不稳定性。这么做的目标是保持电压稳定,使电感中的电流纹波降至最低,保证良好的瞬态性能。

  

  图4.BoostVIN


对于高负载电流,降压/升压调节器采用电流模式、固定频率、脉冲宽度调制(PWM)控制,以获得出色的稳定性和瞬态响应。为确保便携式应用的电池寿命最长,还采用了省电模式,在轻载时可降低开关频率。对于无线应用和其它低噪声应用,可变频率省电模式可能会引起干扰,通过增加逻辑控制输入,可强制转换器在所有负载条件下均以固定频率PWM方式工作。


降压/升压调节器提高系统效率


如今的很多便携式系统都采用单单元锂离子充电电池供电。如上所述,电池会从满充状态时的4.2 V开始工作,缓慢放电至3.0 V。当电池输出降至3.0 V以下时,系统就会关闭,防止电池因过度放电而受损。采用低压差调节器产生3.3 V电压轨时,系统会在


VIN MIN = VOUT + VDROUPOUT = 3.3 V + 0.2 V = 3.5 V

时关断,此时只用了电池所存储电能的70% 。但如果采用降压/升压调节器(如ADP2503或ADP2504),系统就可以持续工作到最小实际电池电压。ADP2503和ADP2504 (参见 附录) 均为高效率、600 mA和1000 mA低静态电流、降压/升压DC-DC转换器,工作时的输入电压可高于、低于或等于稳压输出电压。电源开关采用内置形式,最大限度地减少了外部元件的数量和印刷电路板(PCB)的面积。通过这种方法,系统可以一直工作到3.0 V,从而充分利用电池存储的电能,增加了电池需要重新充电前的系统工作时间。

为了节省便携式系统的电能,各种子系统(如微处理器、显示屏背光和功率放大器)不用时会在全开 和休眠模式之间频繁切换,造成电池电源线路上较大的电压瞬变。这些瞬变会使电池输出电压短时降至3.0 V以下,并触发低电量警告,从而使系统在电池完全放电前关闭。降压/升压解决方案可以承受的电压摆幅低至2.3 V,有助于维持系统潜在的工作时间。

降压/升压调节器主要规格特性与定义


输出电压范围选项: 降压/升压调节器提供额定的固定输出电压,或者提供选项,允许通过外部电阻分压器对输出电压进行编程设置。


地电流或静态电流: 未输送给负载的直流偏置电流 (Iq) 器件的 Iq低,则效率越高,然而, Iq 可以针对许多条件进行规定,包括关断、负载、脉冲频率(PFM)工作模式或脉冲宽度(PWM)工作模式。因此,为了确定某个应用的最佳升压调节器,最好查看特定工作电压和负载电流下的实际工作效率。


关断电流:这是使能引脚禁用时器件消耗的输入电流。低Iq对于电池供电器件在休眠模式下能否长时间待机很重要。在逻辑控制的关断期间,输入与输出断开,从输入源汲取的电流小于1 μA。


软启动:具有软启动功能很重要,输出电压以可控方式缓升,从而避免启动时出现输出电压过冲现象。


开关频率:低功耗降压/升压转换器的工作频率范围一般是500 kHz到3 MHz。开关频率较高时,所用的电感可以更小,还可减少PCB面积,但开关频率每增加一倍,效率就会降低大约2%。


热关断(TSD):当结温超过规定的限值时,热关断电路就会关闭调节器。一直较高的结温可能由工作电流高、电路板冷却不佳和/或环境温度高等原因引起。保护电路包括迟滞,因此,发生热关断后,器件会在片内温度降至预设限值以下后才返回正常工作状态。

技术中心每天会更新了大量技术内容和方案,可查看:
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型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67