• 探討高效率DC-DC轉換器三項基本技術

• 采用降壓/升壓調節器（如ADP2503或ADP2504）
• 采用電流模式
  、固定頻率
  、脈衝寬度調製 （PWM）控製

圖1所示為采用單個單元的鋰離子電池供電的典型低功耗係統。電池的可用輸出範圍為放電時的約3.0 V到充滿電時的4.2 V。係統IC需要1.8 V、3.3 V、和3.6 V的電壓
，以實現最佳工作狀態。鋰離子電池開始工作時的電壓為4.2 V，結束工作時的電壓為3.0 V，在此過程中，降壓/升壓調節器可以提供3.3 V的恒定電壓，而降壓調節器或低壓差調節器（LDO）則可在電池放電時提供1.8 V的電壓。理論上，當電池電壓高於3.5 V時，可使用降壓調節器或LDO產生3.3 V電壓，但當電池電壓降至3.5 V以下時
，係統就會停止工作。允許係統過早關閉會減少電池需要重新充電前的係統工作時間。

　　圖1. 典型低功耗便攜式係統
 

 降壓/升壓調節器內置四個開關
、兩個電容和一個電感
，如圖2所示。如今的低功耗、高效率降壓/升壓調節器在降壓或升壓模式下工作時，隻要主動操作其中兩個開關，就可以降低損耗，提高效率。

　　圖2. 降壓/升壓轉換器拓撲結構

當VIN大於 VOUT
， 時，開關C斷開
，開關D閉合。開關A和B的工作方式和在標準降壓調節器中一樣，如圖3所示。

　　圖3.Buck mode when VIN 》 VOUT時的降壓模式

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當 VIN小於VOUT，時

，開關B斷開，開關A閉合。開關C和D的工作方式和在升壓調節器中一樣，如圖4所示。最困難的工作模式是當VIN 處在VOUT ± 10%， 範圍內時
，此時調節器會進入降壓/升壓 模式。在降壓/升壓模式下，兩種操作（降壓和升壓）會在一個開關周期內發生。應特別注意降低損耗、優you化hua效xiao率lv，以yi及ji消xiao除chu由you於yu模mo式shi切qie換huan造zao成cheng的de不bu穩wen定ding性xing。這zhe麼me做zuo的de目mu標biao是shi保bao持chi電dian壓ya穩wen定ding，使shi電dian感gan中zhong的de電dian流liu紋wen波bo降jiang至zhi最zui低di，保bao證zheng良liang好hao的de瞬shun態tai性xing能neng。

　　圖4.BoostVIN

對於高負載電流，降壓/升壓調節器采用電流模式、固定頻率、脈衝寬度調製（PWM）控kong製zhi，以yi獲huo得de出chu色se的de穩wen定ding性xing和he瞬shun態tai響xiang應ying。為wei確que保bao便bian攜xie式shi應ying用yong的de電dian池chi壽shou命ming最zui長chang，還hai采cai用yong了le省sheng電dian模mo式shi，在zai輕qing載zai時shi可ke降jiang低di開kai關guan頻pin率lv。對dui於yu無wu線xian應ying用yong和he其qi它ta低di噪zao聲sheng應ying用yong，可ke變bian頻pin率lv省sheng電dian模mo式shi可ke能neng會hui引yin起qi幹gan擾rao，通tong過guo增zeng加jia邏luo輯ji控kong製zhi輸shu入ru
，可ke強qiang製zhi轉zhuan換huan器qi在zai所suo有you負fu載zai條tiao件jian下xia均jun以yi固gu定ding頻pin率lvPWM方式工作。


降壓/升壓調節器提高係統效率


如今的很多便攜式係統都采用單單元鋰離子充電電池供電。如上所述
，電池會從滿充狀態時的4.2 V開始工作
，緩慢放電至3.0 V。當電池輸出降至3.0 V以下時，係統就會關閉，防止電池因過度放電而受損。采用低壓差調節器產生3.3 V電壓軌時，係統會在


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

時關斷，此時隻用了電池所存儲電能的70% 。但如果采用降壓/升壓調節器（如ADP2503或ADP2504），係統就可以持續工作到最小實際電池電壓。ADP2503和ADP2504 （參見 附錄） 均為高效率、600 mA和1000 mA低靜態電流
、降壓/升壓DC-DC轉換器

，工作時的輸入電壓可高於、低於或等於穩壓輸出電壓。電源開關采用內置形式，最大限度地減少了外部元件的數量和印刷電路板（PCB）的麵積。通過這種方法，係統可以一直工作到3.0 V，從而充分利用電池存儲的電能，增加了電池需要重新充電前的係統工作時間。

為了節省便攜式係統的電能
，各種子係統（如微處理器
、顯示屏背光和功率放大器）不用時會在全開 和休眠模式之間頻繁切換
，造成電池電源線路上較大的電壓瞬變。這些瞬變會使電池輸出電壓短時降至3.0 V以下，並觸發低電量警告，從而使係統在電池完全放電前關閉。降壓/升壓解決方案可以承受的電壓擺幅低至2.3 V
，有助於維持係統潛在的工作時間。

降壓/升壓調節器主要規格特性與定義


輸出電壓範圍選項： 降壓/升壓調節器提供額定的固定輸出電壓，或者提供選項
，允許通過外部電阻分壓器對輸出電壓進行編程設置。


地電流或靜態電流： 未輸送給負載的直流偏置電流 （Iq） 器件的 Iq低，則效率越高
，然而， Iq 可以針對許多條件進行規定，包括關斷、負載、脈衝頻率（PFM）工作模式或脈衝寬度（PWM）工作模式。因此，為了確定某個應用的最佳升壓調節器

，最好查看特定工作電壓和負載電流下的實際工作效率。


關斷電流：這是使能引腳禁用時器件消耗的輸入電流。低Iq對於電池供電器件在休眠模式下能否長時間待機很重要。在邏輯控製的關斷期間，輸入與輸出斷開

，從輸入源汲取的電流小於1 μA。


軟啟動：具有軟啟動功能很重要，輸出電壓以可控方式緩升
，從而避免啟動時出現輸出電壓過衝現象。


開關頻率：低功耗降壓/升壓轉換器的工作頻率範圍一般是500 kHz到3 MHz。開關頻率較高時
，所用的電感可以更小
，還可減少PCB麵積，但開關頻率每增加一倍，效率就會降低大約2%。


熱關斷（TSD）：當結溫超過規定的限值時，熱關斷電路就會關閉調節器。一直較高的結溫可能由工作電流高、電路板冷卻不佳和/或環境溫度高等原因引起。保護電路包括遲滯

，因此，發生熱關斷後，器件會在片內溫度降至預設限值以下後才返回正常工作狀態。

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