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是否存在實(shí)現(xiàn)DC/DC電壓轉(zhuǎn)換的通用工具,?

2019-10-30
來源:德州儀器
關(guān)鍵詞: DCDC 電壓轉(zhuǎn)換 電源

  大多數(shù)應(yīng)用或子電路都需要在一定的電壓容限范圍提供恒壓電源,以保證正常運(yùn)行,。電池驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用(如無線傳感器和個(gè)人手持設(shè)備)需要在電池放電且電壓隨之下降時(shí)通過電壓轉(zhuǎn)換來產(chǎn)生所需的輸出電壓,。如果可用的電源軌不適合所需的輸入電壓,,或者電壓變化超出所需的容差范圍,,則由固定電源軌供電的應(yīng)用(如光學(xué)模塊、有線傳感器,、有源電纜或加密狗)也可能需要電壓轉(zhuǎn)換,。

  本文探討了降壓-升壓轉(zhuǎn)換器能否成為電壓轉(zhuǎn)換的理想解決方案以及是否可以成為用于任何類型DC/DC電壓轉(zhuǎn)換的通用工具。

  何時(shí)使用降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

  通常來說,,如果一個(gè)電路或子電路的可用電源電壓低于所需電壓,,則升壓轉(zhuǎn)換器可以有效地將直流電壓轉(zhuǎn)換為更高的電壓電平。如果可用的電源電壓高于所需電壓,,則降壓轉(zhuǎn)換器會(huì)執(zhí)行電壓轉(zhuǎn)換,。

  而降壓-升壓轉(zhuǎn)換器適用于電源電壓范圍高于和低于所需輸出電壓的應(yīng)用。降壓-升壓轉(zhuǎn)換器由一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器和一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器組成,,圖1所示的框圖更清晰地反映出了它的結(jié)構(gòu),。

圖片1.png

  圖1:降壓-升壓轉(zhuǎn)換器框圖

  降壓-升壓轉(zhuǎn)換器將降壓轉(zhuǎn)換器(圖1中的綠色部分)與升壓轉(zhuǎn)換器(圖1中的橙色部分)合并在同一結(jié)構(gòu)中,從而可以有效地升高和降低輸出電壓,??刂骗h(huán)路可以根據(jù)實(shí)際的輸入電壓和編程設(shè)定的輸出電壓來決定設(shè)備是否需要在降壓或升壓模式下運(yùn)行。

  例如,,假設(shè)要使一個(gè)典型電壓范圍為4.2V到2.8V的鋰離子電池提供3.3V的輸出電壓,,如果使用降壓轉(zhuǎn)換器,那么電池的截止電壓必須大于3.3V,,缺點(diǎn)則是無法有效利用電池中存儲(chǔ)的電能,。而降壓-升壓轉(zhuǎn)換器有助于充分利用電池的所有電能,因?yàn)楫?dāng)輸入電壓等于或低于3.3V時(shí),,降壓-升壓轉(zhuǎn)換器還可以消耗存儲(chǔ)的電能,,如圖2所示。

圖片2.png

  圖2:降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可以完全耗盡電池的電能

  將降壓-升壓轉(zhuǎn)換器用作電壓穩(wěn)壓器

  降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的第二個(gè)常見用途是用作電壓穩(wěn)壓器,。如果電源軌有變化(如3.3V±10%變化),,而負(fù)載需要更精確的調(diào)節(jié)電壓(如3.3V±5%容差)時(shí),那么就需要一個(gè)可以穩(wěn)定電壓的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,。如果元件對(duì)電源電壓敏感(例如光學(xué)模塊中的跨阻放大器),;如果其他DC/DC預(yù)調(diào)節(jié)器在工業(yè)應(yīng)用中調(diào)節(jié)不夠嚴(yán)密;或者如果電源路徑中的其他元件(如電熔絲,、負(fù)載開關(guān)或長(zhǎng)電纜)根據(jù)電流增加電壓變化,,則可能需要更嚴(yán)格地調(diào)節(jié)電壓。只用升壓轉(zhuǎn)換器或降壓轉(zhuǎn)換器不能解決此問題,。然而,,降壓-升壓轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒉粩嘧兓妮斎腚妷赫{(diào)節(jié)到所需的更嚴(yán)格的限值。圖3所示為TPS63802對(duì)快速±0.5 V/10 ?s線路做出的瞬態(tài)響應(yīng),,帶有明顯小于±0.1V輸出電壓下沖/過沖,。

圖片3.png

  圖3:TPS63802在VI = VO = 3.3V, ΔVI = ±0.5V時(shí)的線路瞬態(tài)響應(yīng)

  降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的其他應(yīng)用

  還有其他的原因選擇降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,而不是單純地選擇降壓轉(zhuǎn)換器或升壓轉(zhuǎn)換器,。其中一個(gè)原因是功率ORing,。想象一下嬰兒監(jiān)控器這樣的設(shè)備,它由一個(gè)5V的USB壁式適配器或兩塊AA主電池供電,,電壓變化范圍為3V(電池嶄新時(shí))至1.6 V(電池耗盡時(shí)),。只有降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可以承受從5V(壁式適配器)到1.6V(未連接壁式適配器且電池已耗盡)的寬輸入電壓范圍,并且仍然為系統(tǒng)產(chǎn)生3.3V電源軌,。除了降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,,您只需要兩個(gè)外部二極管就可避免從壁式適配器流向電池的交叉電流,并在拔出壁式適配器時(shí)無縫切換到電池,。

  降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的限制

  當(dāng)輸入電壓接近輸出電壓時(shí),,降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部控制環(huán)路通常被設(shè)計(jì)成可以在降壓和升壓模式之間不斷切換。這樣的運(yùn)行方式可以讓人接受,,但仍具有一些缺點(diǎn):模式切換可能會(huì)產(chǎn)生不同的開關(guān)頻率,、更高的輸出電壓紋波和更多的電磁干擾(EMI)。第二個(gè)負(fù)面影響就是此時(shí)的效率可能略有下降,。

  為了避免模式切換的負(fù)面影響,,可以尋找具有專用的降壓升壓模式、且可使輸出電壓紋波保持在低水平的設(shè)備,。例如,,TI新推出的TPS638xx系列降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,其降壓-升壓模式和磁滯特性可避免在易濾除的噪聲頻譜和較低的EMI之間發(fā)生切換,。

  降壓升壓器件能處理所有類型的電壓轉(zhuǎn)換嗎,?

  由于降壓-升壓轉(zhuǎn)換器“包含”一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器和一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器,可以用它來進(jìn)行DC/DC電壓轉(zhuǎn)換,。所以從這個(gè)角度來說,,答案是肯定的。但仍需考慮更多細(xì)節(jié),。表1說明了給定的輸入電壓范圍與所需的輸出電壓,,以及降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器或降壓-升壓轉(zhuǎn)換器能否成為出色的解決方案,。

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  表1:DC/DC轉(zhuǎn)換拓?fù)涓攀?/p>

  讓我們回到最開始的問題:是否存在實(shí)現(xiàn)DC/DC電壓轉(zhuǎn)換的通用工具,?其實(shí)并不確定。當(dāng)不需要降壓-升壓轉(zhuǎn)換器時(shí),,致力于大容量產(chǎn)品開發(fā)的模擬設(shè)計(jì)人員將更喜歡專用升壓或降壓轉(zhuǎn)換器的性能優(yōu)化,。然而,,致力于小體積產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計(jì)師可能會(huì)認(rèn)為,某些方面的取舍是值得考慮的,。

  采用降壓-升壓轉(zhuǎn)換(到降壓-升壓,、降壓和升壓)可以帶來以下好處:

  ·跨項(xiàng)目擴(kuò)展,不僅節(jié)省時(shí)間,,還可以降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn),。

  可以不同DC/DC轉(zhuǎn)換器的數(shù)量減少到一個(gè)易于使用的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的列表中。

  可以簡(jiǎn)化采購程序,,減少庫存的復(fù)雜性,,提高價(jià)格杠桿作用和供應(yīng)穩(wěn)定性。

  ·降壓-升壓可以在關(guān)機(jī)期間斷開負(fù)載與電源的連接,,而其他拓?fù)淇赡苄枰~外的負(fù)載開關(guān),。

  其他資源

  ·了解如何選擇能夠最大限度地延長(zhǎng)脈沖負(fù)載應(yīng)用電池壽命的DC/DC轉(zhuǎn)換器。

  ·了解如何使用用于穩(wěn)定電壓的同相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,。

  ·了解精確閾值如何使管腳防止電池過度放電,。


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