如何成功运用DC-DC降压/升压调节器

发布时间:2012-03-15 阅读量:732 来源: 我爱方案网 作者:

中心议题:
    *  如何成功应用降压/升压DC-DC转换器

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输出电压,降压/升压转换器则用于产生小于、大于或等于输入电压的输出电压。

图1所示为采用单个单元的锂离子电池供电的典型低功耗系统。电池的可用输出范围为放电时的约3.0 V到充满电时的4.2 V。系统IC需要1.8 V、3.3 V、和3.6 V的电压,以实现最佳工作状态。锂离子电池开始工作时的电压为4.2 V,结束工作时的电压为3.0 V,在此过程中,降压/升压调节器可以提供3.3 V的恒定电压,而降压调节器或低压差调节器(LDO)则可在电池放电时提供1.8 V的电压。理论上,当电池电压高于3.5 V时,可使用降压调节器或LDO产生3.3 V电压,但当电池电压降至3.5 V以下时,系统就会停止工作。允许系统过早关闭会减少电池需要重新充电前的系统工作时间。

图1. 典型低功耗便携式系统

降压/升压调节器内置四个开关、两个电容和一个电感,如图2所示。如今的低功耗、高效率降压/升压调节器在降压或升压模式下工作时,只要主动操作其中两个开关,就可以降低损耗,提高效率。


图2. 降压/升压转换器拓扑结构

当VIN大于 VOUT, 时,开关C断开,开关D闭合。开关A和B的工作方式和在标准降压调节器中一样,如图3所示。


图3.Buck mode when VIN > VOUT时的降压模式
 
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。

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