兩款低壓DC/DC升壓轉換器應用電路

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兩款低壓DC/DC升壓轉換器應用電路

發表於 2018-09-13 11:53:33

無論是驅動白色 LED 背光燈，還是向 RF 和模擬電路、筆記本電腦、平板電腦和其他行動裝置供電，所需電壓通常都要求遠高於電源輸入電壓。 因此，可利用 DC/DC 升壓轉換器提供數倍於輸入的輸出電壓，以滿足這些系統中各種各樣的電路和功能的需要。 例如，在電池供電的系統中，輸入電壓通常不高於 5 V，而向 RF 和模擬功能供電或者驅動薄膜電阻器 (TFT) 液晶顯示器 (LCD) 則需要高達 15 V 和 24 V 及以上的電壓。 同樣，也需要用高電壓對光接收器中的雪崩光電二極體 (APD) 進行偏置。

為此，Analog Devices 在其產品組合中增加了兩款低壓 DC/DC 升壓轉換器 ADP1612 和 ADP1613。這兩款 DC/DC 轉換器能幫助設計人員將低至 1.8 V 的輸入升高至 20 V 輸出。讓這些器件將扁平封裝和高開關頻率工作模式集於一身時，就能在低功耗是基本特性，PC 板空間是首要考慮的可攜式應用中延長電池續航時間。

ADP1612 支持 1.8 - 5.5 V DC 輸入，ADP1613 則可接受 2.5 - 5.5 V DC 輸入。可調節輸出電壓使這兩款升壓轉換器能在非穩壓輸入工作模式下延長電池壽命。 這些升壓轉換器採用脈寬調製 (PWM) 電流模式架構，以便在整個負載條件下調節輸出電壓，幫助降低啟動浪湧電流風險。 所以，這些器件能實現高達 94% 的能效、快速瞬態反應和穩定的輸出電壓水平，保證了更高的系統穩定性。
 

升壓轉換器的典型應用電路如圖 1 所示。 ADP1612 和 ADP1613 均能在 650 kHz 或 1.3 MHz 頻率下工作。 雖然在較高開關頻率下可採用較小的電感器，但開關頻率每提高一倍能效就會降低約 2%。 在這些轉換器中，可通過引腳選擇開關頻率。 將 FREQ 引腳與接地 (GND) 點連接時在 650kHz 頻率下工作，與引腳 VIN 連接時在 1.3 MHz 頻率下工作。

圖 1：採用開關式轉換器 ADP1612/1613 的典型 DC/DC 升壓配置。

電感器是升壓轉換器的一個關鍵元件，能在電源開關接通期間存儲能量，並在關斷期間將存儲的能量通過輸出穩壓器傳輸至輸出。 在應用說明¹ 中，Analog Devices 解釋了如何在電感器的低電流紋波和高頻之間取得平衡。 該技術文件建議採用的電感值範圍為 4.7 - 22 μH。

對於給定的物理尺寸，雖然電感較低的電感器會擁有較高的飽和電流和較低的串聯電阻，但較低電感會導致更高的峰值電流，進而使能效降低，紋波增大和噪聲提高。 因此，根據 Analog Devices 的應用說明，為了減小電感器尺寸並提高穩定性，升壓器最好採用間隙工作模式。 該應用說明還指出，電感器的峰值電流（最大輸入電流與其紋波電流一半之和）必須低於其額定飽和電流，且向穩壓器提供的最大 DC 輸入電流必須小於其額定電流有效值。

ADI 的 ADIsimPower™ 設計工具箱支持這兩款器件，能幫助設計人員在數分鐘之內構建完整的電路、物料清單並完成性能計算。 ADIsimPower 能在考慮 IC 和所有外部實際元件的工作條件和局限性的同時，在成本、板面積、能效和零件數量方面對設計進行優化。

ADI 的升壓轉換器典型評估板 ADP1612-BL3-EVZ 包括一個完整的 DC/DC 升壓轉換器以及全面豐富的精選元件，從而能在整個輸入範圍和負載條件下工作，提供 5 V (ADP1612) 和 12 V (ADP1613) 輸出電壓。 通過改變 R1 和 R2 可對該評估板進行調節，以適應不同的輸出電壓。 根據該評估板的技術資料，也可調節或者重新計算圖中所示 L1、D1、CCOMP 和 RCOMP 的值，以確保穩定工作。

就這一方面而言，為了給 LCD 背光所用白色 LED 供電或者生成 LCD 偏置電源，Texas Instruments 推出高度集成的低功耗升壓轉換器 TPS61040/41（圖 2）。這些器件能夠利用雙芯 NiMH/NiCd 或者單芯鋰離子電池輸入提供高達 28 V 的輸出電壓。 該器件也能通過 3.3 或者 5 V 輸入產生標準 12 V 輸出。

圖 2：工作頻率高達 1 MHz 的集成式升壓轉換器 TPS61040/41 僅需很少外部元件。

這些轉換器採用微型 SOT23 和 SON 封裝，工作時開關頻率高達 1 MHz。 該器件內置輸出功率 MOSFET，僅需很少外部元件。 由於開關頻率高，因此可選陶瓷或鉭電容器作為輸出電容器。 TPS61040 的內部開關電流限值為 400 mA，TPS61041 的開關電流限值為 250 mA。 此外，低靜態電流（通常 28 μA）以及優化的控制方案，使該器件能在整個負載電流範圍內達到很高的工作能效。

更高的 DC 輸出

如果您的電路需要更高的電壓，TI 的 TPS61170 便是一款很有用的產品。 該器件是集成了1.2 A、40 V 功率 MOSFET 的單片式高壓開關穩壓器， 輸出電壓可達 38 V。該器件的規格書給出了多個標準開關穩壓器的拓撲結構，包括升壓和單端初級電感轉換器 (SEPIC)。 該器件具有寬輸入電壓範圍，可支持由多節電池或 5 V、12 V 穩壓電源軌供電的應用。

其他如 Linear Technology Corp. 和 Maxim Integrated 等半導體器件供應商也在銷售高輸出電壓升壓轉換器。 Linear 開發出一款電流模式、升壓 DC/DC 轉換器，可對光接收器中的雪崩光電二極體 (APD) 進行偏置（圖 3）。 LT3571 設計用於提供高達 75 V 的輸出電壓，它採用高壓側固定壓降 APD 電流監視器，在整個溫度範圍內擁有優於 10% 的相對精確度。 集成式功率開關、肖特基二極體和 APD 電流監視器能讓解決方案擁有小基底面和低成本。 該器件集中了傳統的電壓環路和獨創的電流環路，從而能用作恆流源或者恆壓源。

圖 3：基於 LT3571 的 5 - 45 V 升壓電源電路用於對雪崩光電二極體進行偏置。

Linear 的升壓轉換器產品庫中也有同類器件，能夠向 LED 驅動應用或者 LCD 偏置等應用輸出高達 40 V 的電壓。 這些器件包括 LT3494/A 和 LT1615。 LT3494/A 專門為輸出高達 40 V 的電壓而設計，而 LT1615 則提供 34 V 額定輸出。

另外，Maxim 的 MAX1605 也能將低至 0.8 V 的電池電壓提升至 30 V 輸出。 這款轉換器的集成式 0.5 A MOSFET 減少了外部元件數量，其高開關頻率允許採用微型表面貼裝元件。 電流限值可設定為 500 mA、250 mA 或 125 mA，以減小低電流應用中的輸出紋波和元件尺寸。

總之，各大 IC 製造商都在銷售輸出高 DC 電壓的升壓轉換器。 每一款器件都各有千秋，所以，工程師們在為給定應用選擇零件前，必須根據具體要求，仔細閱讀規格書，確定關鍵的規格參數。

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