使用肖特基二极管代替开关B的稳压器被定义为异步(或异步),而使用FET作为开关B的稳压器被定义为同步。在图3中,开关A和B分别采用内部NFET和外部肖特基二极管实现,以创建异步升压稳压器。对于需要负载隔离和低关断电流的低功耗应用,可以添加外部FET,如图4所示。将器件的EN引脚驱动至0.3 V以下可关断稳压器,并完全断开输入与输出的连接。
现代低功耗同步降压稳压器使用脉宽调制(PWM)作为主要工作模式。PWM保持频率恒定并改变脉冲宽度(t上) 来调节输出电压。提供的平均功率与占空比D成正比,使其成为为负载供电的有效方式。
能量是守恒的,因此输入功率必须等于输送到负载的功率减去任何损耗。假设转换非常
例如,如果负载电流在15 V时为300 mA,我在5 V 时 = 900 mA—输出电流的三倍。因此,可用负载电流随着升压电压的增加而减小。
升压转换器使用电压或电流反馈来调节所选输出电压;控制环路使输出能够保持调节以响应负载变化。低功耗升压稳压器的工作频率通常在600 kHz至2 MHz之间。较高的开关频率允许使用更小的电感器,但开关频率每增加一倍,效率就会下降约2%。在ADP1612和ADP1613升压转换器(见附录)中,开关频率可通过引脚选择,工作频率为650 kHz以实现最高效率,工作频率为1.3 MHz以实现最小的外部元件。将 FREQ 连接到 GND 以实现 650kHz 操作,或连接到 VIN 以实现 1.3-MHz 操作。
电感器是升压稳压器的关键元件,在电源开关导通期间存储能量,并在关断期间通过输出整流器将该能量传输到输出端。为了平衡低电感电流纹波和高效率之间的权衡,ADP1612/ADP1613数据手册建议电感值在4.7 μH至22 μH范围内。通常,对于给定的物理尺寸,较低值的电感具有较高的饱和电流和较低的串联电阻,但较低的电感会导致较高的峰值电流,从而导致效率降低、纹波增加和噪声增加。通常最好在不连续导通模式下运行升压,以减小电感尺寸并提高稳定性。峰值电感电流(最大输入电流加上电感纹波电流的一半)必须低于电感的额定饱和电流;稳压器的最大直流输入电流必须小于电感的均方根额定电流。
主要升压稳压器规格和定义
输入电压范围:升压转换器的输入电压范围决定了最低可用输入电源电压。规格可能显示较宽的输入电压范围,但输入电压必须低于V外实现高效运行。
接地或静态电流:未输送到负载的直流偏置电流(我q).越低我q效率越好,但是我q可在多种条件下指定,包括关断、零负载、PFM 操作或 PWM 操作,因此最好查看特定工作电压和负载电流下的运行效率,以确定适合应用的最佳升压稳压器。
关断电流:使能引脚设置为关断时消耗的输入电流。 低我q对于电池供电设备处于睡眠模式时的长待机时间非常重要。
开关占空比:工作占空比必须低于最大占空比,否则输出电压将无法调节。例如,D = (V外– V在)/V外.跟V在= 5 V 和V外= 15 V, D = 67%。ADP1612和ADP1613的最大占空比为90%。
输出电压范围:设备将支持的输出电压范围。升压转换器的输出电压可以是固定的,也可以是可调的,使用电阻器来设置所需的输出电压。
电流限制:升压转换器通常指定峰值电流限制,而不是负载电流。请注意,两者之间的差异越大V在和V外,可用负载电流越低。峰值电流限值、输入电压、输出电压、开关频率和电感值都设置了最大可用输出电流。
线路调整率:线路调整率是由输入电压的变化引起的输出电压变化。
负载调整率:负载调整率是输出电压随着输出电流的变化而变化。
软启动:升压稳压器必须具有软启动功能,该功能在启动时以受控方式斜坡上升输出电压,以防止启动时输出电压过冲。某些升压转换器的软启动可通过外部电容器进行调节。当软启动电容器充电时,它会限制器件允许的峰值电流。通过可调软启动,可以改变启动时间以满足系统要求。
热关断 (TSD):如果结温升至指定限值以上,热关断电路将关闭稳压器。持续的高结温可能是高电流操作、电路板冷却不良或环境温度高的结果。保护电路包括迟滞,因此在热关断发生后片内温度降至预设限值以下之前,器件不会恢复正常工作状态。
欠压锁定(UVLO):如果输入电压低于UVLO阈值,IC自动关闭电源开关并进入低功耗模式。这可以防止在低输入电压下潜在的不稳定工作,并防止功率器件在电路无法控制时导通。
结论
低功耗升压稳压器通过提供经过验证的设计,消除了开关DC-DC转换器设计的后顾之忧。设计计算可在数据手册的应用部分和ADIsimPower中找到。4设计工具简化了最终用户的任务。