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      能延長電池壽命的單節電池升壓轉換器設計

      更新時間: 2008-05-12 11:47:04來源: 粵嵌教育瀏覽量:1082

        對于電源設計來說,重要的參數是成本、效率、輸出波紋和噪聲。對于便攜式設備而言,小尺寸和更長的電池壽命是消費者的基本要求。更長的電池壽命要求整個系統具備更高的功效。高效可以限度降低功耗,使終端設備尺寸更小,造型更靈活。

        對所有便攜式設備設計而言,高效的DC/DC轉換器都是至關重要的。許多應用都要求使用單節AA或AAA電池,如無線鼠標,這給電源設計師帶來了諸多挑戰。將850mV~1.5V輸入電壓轉換成3.3V系統輸出電壓,需要一個升壓DC/DC轉換器。奧地利微電子公司的同步升壓轉換器AS1322,在 3mm×3mm×1mm、6引腳SOT封裝內集成了固定頻率操作和內部補償功能,可以滿足上述要求。該器件的1.2MHz開關頻率和集成特性可限度縮減整體占位尺寸,并采用微型、小尺寸電感和陶瓷電容。

        AS1322采用薄型SOT封裝,加上幾個外部元件,即可構成單節AA電池至3.3V/150mA的升壓轉換器,電路板面積僅為7mm×9mm,同時具有90%的效率。若采用單節電池供電(輸入電壓1.5V),當負載電流介于25mA~80mA之間時,轉換效率在90%以上。外部的低電流肖特基


      二極管不是必需的,但它可以在更高的輸出電流下實現效率化。

        如圖1所示,AS1322集成了低柵極電荷的內部開關,典型額定阻值分別為0.35Ω(N) 和0.45Ω(P),這些特性有助于轉換器實現高效工作。在整個工作溫度范圍內,開關電流限的典型值為850mA,使用新的單節堿性AA電池時輸出功率可達0.66W,使用兩節電池可達2.5W。電流模式控制功能可提供出色的輸入電壓及輸出負載瞬態響應。內置斜坡補償(可防止占空比大于50%時導致次諧波不穩)電路,可以在任何輸入電壓下保持恒定的電流限。

        內部反饋環路補償無需外部元件, 降低了整體成本并簡化了設計流程。省電操作模式只有在需要將輸出電壓保持在1%調節范圍內時才激活電源轉換器,可提高輕載(典型值為ILOAD< 3mA)時的轉換器效率。這樣只要輸出電壓處于穩壓范圍內,轉換器就切換到休眠狀態,從而大幅度降低柵極電荷損耗和靜態電流。AS1322B沒有省電模式,在整個工作范圍內均保持為恒定頻率的PWM操作。這種方式會增加靜態電流,但是恒定頻率PWM在一些對頻率敏感的應用中非常重要。除此之外, AS1322A和AS1322B是相同的。關斷電流小于1mA,此控制引腳具有滯回特性,因此簡單地使用電阻上拉至VIN,即可實現持續工作。還需要注意,關斷狀態下VOUT保持為比VIN低600mV的非調節電壓。當存儲器或實時時鐘在關斷狀態下仍然需要保持工作狀態時,這種特性尤其有用。

        輸出電壓可簡單地通過改變分壓器的阻值進行設置,見下面的式1(R1和R2的位置參見圖1)。

      式1. 輸出電壓等式

      VOUT = 1.23V(1 + (R1/R2)

        AS1322可工作在低于1V的輸入電壓下,并能提供2.5V~5V的可調輸出電壓。一旦啟動后,AS1322可在低至0.65V的輸入電壓下繼續工作,只要輸入電源能提供足夠的功率,就不會影響該功能。此特性無需使用龐大的輸入旁路電容,有助于進一步節省電路板空間和成本。能夠在0.65V典型輸入電壓下工作,這是從一個即將耗盡的電池中獲得更多工作時間的重要因素。以無線鼠標的單節電池壽命為例,與同類產品相比,在相同測試條件下AS1322的工作時間超出大約6小時。這意味著增加了40%的工作時間,從而為終端產品提供了明顯的優勢。性能對比如圖2所示。

        當升壓轉換器工作于非連續模式時(在下一個開關周期開始前電感電流降為零),EMI可能造成問題。為減少潛在的干擾,當電感電流為零或該器件處于關斷狀態時,器件會在電感兩端接入一個100Ω的內部阻尼電路。

        EMI和總體性能會受到PCB布局的影響。AS1322的高速工作要求電路板布局格外慎重,如果布局不合理,可能很難實現給出的性能指標。圖3給出了一個工作周期內的大電流路徑,包括內部N溝道和P溝道開關的切換過程(見圖1)。SW引腳、VIN引腳的CIN、COUT和Ground之間的電流路徑應該短而寬,以使內在的阻性損耗和雜散電感。


        圖4給出了推薦的元件布局。大的接地引腳覆銅區域有助于降低芯片溫度。帶獨立地層的多層板為理想,但不是必要的。

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