幾種DC

PRY009 2019-10-22

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升壓穩(wěn)壓器的關(guān)鍵元器件包括：電感器；半導(dǎo)體開關(guān)，通常為功率 MOSFET；整流器二極管；集成電路 (IC) 控制塊；輸入和輸出電容器（圖 1）。

圖 1：基本升壓穩(wěn)壓器配置，顯示當開關(guān)打開和關(guān)閉時的電流方向（圖片來源： Digi-Key Electronics，基于 Texas Instruments 提供的原始資料）

當施加 VIN 電壓且電源開關(guān)關(guān)閉時，電流沿著藍色路徑，通過電感器流到地。電感器將電能存儲在其磁場中。二極管反向偏置，隨著其存儲的電能供應(yīng)給負載，輸出電容器兩端的電壓降低。

相反，當電源開關(guān)打開時，電流沿著紅色路徑流動，因為崩潰的磁場產(chǎn)生正電壓，并通過正向偏置的二極管傳輸電感器電能，為輸出電容器充電并供應(yīng)給負載。

通過改變電源開關(guān)的占空比，控制塊保持恒定的輸出電壓，以響應(yīng)輸入電壓變化和負載變化。輸出端的電阻分壓器可為控制塊提供電壓反饋，以便調(diào)節(jié)占空比并保持所需的輸出電壓值。

除了這些基本功能之外，集成式設(shè)計還包括可選的保護功能，針對超溫、輸出短路、開路負載條件和輸入過流等情況提供保護。

對基本電路的常見改進是使用第二個 MOSFET 替換二極管。第二個 MOSFET 充當同步整流器，在電源開關(guān)關(guān)閉時打開。其較低的電壓降減少了功率耗散，同時提高了穩(wěn)壓器的效率。

在電池供電的設(shè)備中，更高的效率就等于更長的電池壽命，因而同步設(shè)計是一大優(yōu)勢。此外，便攜式設(shè)備和可穿戴設(shè)備通常在空間上受到限制，因此面向這些應(yīng)用的升壓轉(zhuǎn)換器具有很高的集成度。將電源元器件包括在封裝中，將會限制其供流能力，但在電池供電設(shè)備的設(shè)計中，這個缺點是可以接受的。很多此類應(yīng)用長時間處于關(guān)斷模式，因而超低的靜態(tài)電流消耗變得至關(guān)重要。

Texas Instruments 提供的 TPS610993YFFT 就是低功耗升壓穩(wěn)壓器的一個例子（圖 2）。這是一種同步器件，其靜態(tài)電流僅 1μA，但能提供高達 800 毫安 (mA) 的電流，并在低至 0.7 伏特的輸入電壓下產(chǎn)生 3.0 伏特的輸出電壓。該器件的設(shè)計目的是在輕負載條件下最大程度地提高工作效率。它可與堿性電池或充電電池（例如 NiMH 電池或鋰離子電池）配合使用。

圖 2： TPS61099x 系列能夠從 0.7 伏特的輸入電壓提供高達 5.5 伏特的輸出電壓。（圖片來源：Texas Instruments）

TPS610993 將電源開關(guān)和同步整流器集成到 6 焊球的晶圓級芯片尺寸封裝 (WCSP) 中，尺寸僅為 1.23 毫米 x 0.88 毫米。由于尺寸小巧，它非常適用于光學(xué)心率監(jiān)測儀、存儲器液晶顯示屏 (LCD) 偏置驅(qū)動器，以及類似的空間受限的應(yīng)用。該器件是 TPS61099x 系列產(chǎn)品的成員，輸出電壓在 1.8 伏特至 5.5 伏特之間。

在為智能手機攝像頭閃光燈或電池供電的 LED 燈產(chǎn)生更高的電壓方面，microchip Technology 的 MCP1665 采用了不同的方法：它集成了 36 伏特、100 毫歐 (m?) 的 NMOS 電源開關(guān)，但在非同步拓撲中使用了外部二極管。

圖 3： microchip 的 MCP1665 能夠從鋰離子、NiMH 或 NiCd 電池產(chǎn)生高達 32 伏的電壓。

該器件能夠從 5 伏電源提供高達 1000 毫安的電流，并具備多種特性，包括受控啟動電壓、工作模式選擇、500 千赫茲 (kHz) 的開關(guān)頻率；峰值電流模式架構(gòu)可在廣泛負載范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率。

在一些升壓應(yīng)用中，將輸出電壓維持在設(shè)定值并非主要設(shè)計目標。在 LED 背光驅(qū)動中，所需的 LED 亮度是通過 LED 燈串的電流的函數(shù)，因此，流經(jīng)分流電阻器的電流形成了控制器的反饋電壓，并決定了升壓電壓。Diodes Incorporated 供應(yīng)的 AP3019AKTR-G1 是經(jīng)過優(yōu)化的升壓轉(zhuǎn)換器的一個例子，適合在背光應(yīng)用中驅(qū)動最多 8 個 LED 的燈串（圖 4）。