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超低輸入電壓升壓電路解決方案 便攜式產(chǎn)品一般都采用電池供電,而因為成本和體積方面的考慮,在設(shè)計上有減少使用電池數(shù)量及體積的趨勢。另外,亦因全球能源問題,各種各類的電池使用已備受關(guān)注了。當(dāng)中包括太陽能電池及燃料電池。而這樣就會影響到電源電壓比設(shè)備所需的工作電壓為低。這時候,就必須要追加升壓電路了。一般使用的是DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器。而在這超低輸入電壓的情況下,設(shè)計工程師就會面臨以下的難題。1 開關(guān)器件的驅(qū)動問題。2 升壓電路的啟動問題。3 最大占空比MaxDuty的問題。在這三個主要問題上,究竟有沒有好的解決方法呢?答案是肯定的。以下,我們會一一探討。開關(guān)器件的驅(qū)動問題傳統(tǒng)DC/DC的工作電壓一般都在1.0V以上,而如果輸入電壓降到0.6V以下,DC/DC的內(nèi)部電路不能正常工作。以圖1為例,若開關(guān)DC/DC的驅(qū)動電壓取自輸入電源的話。當(dāng)電源電壓低于DC/DC驅(qū)動電壓的時候,DC/DC便無法啟動。圖1 驅(qū)動電壓取自輸入電源那么,若如圖2所示,在輸出端取電又如何呢?圖2 驅(qū)動電壓取自輸出電壓同樣,當(dāng)電源電壓低于DC/DC驅(qū)動電壓,DC/DC根本無法啟動及進(jìn)行任何升壓動作。但是,若DC/DC一旦被啟動,整個電路便可持續(xù)動作了。升壓電路的啟動問題在這時候,又帶出了另外一個問題,就是在這樣低輸入電壓的情況下如何啟動這一顆DC/DC呢?這時,我們就需考慮增加一個啟動電路,如圖3所示。圖3 增加啟動IC的升壓電路的啟動精工電子有限公司(SII)推出的S-882Z系列充電泵產(chǎn)品就能使這個問題迎刃而解。S-882Z系列按放電開始電壓大小有4個品種:分別為1.8V、2.0V、2.2V及2.4V,在型號后綴中用18、20、22及24來區(qū)分。例如,S-882Z20是放電開始電壓為2.0V的充電泵。該系列主要特點:輸入電壓VIN范圍:在Ta=-30+60時為0.33.0V,在Ta=-40+85時為0.353.0V;工作時的消耗電流在VIN=0.3V時為0.5mA(最大值); 有關(guān)閉控制,在關(guān)閉狀態(tài)或稱休眠狀態(tài)時耗電小于0.6A(VIN=0.3V); 關(guān)閉控制電壓為放電開始電壓加0.1V(3.0V); 內(nèi)部振蕩器頻率350kHz; 外部僅接一個啟動電容(CCPOUT); 小尺寸SOT-23-5封裝; 無鉛。S-882Z的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4 S-882Z內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖下面,我們就來具體看看S-882Z的工作原理(見圖5)。圖5 S-882Z的工作原理1 對S-882Z系列的VIN端子輸入0.3V以上的電壓時,振蕩電路就可以開始工作,并從振蕩電路輸出CLK信號。2 通過此CLK信號來驅(qū)動充電泵電路,并在充電泵電路中將VIN端子的電壓轉(zhuǎn)換為升壓電壓。3 從充電泵電路輸出的升壓電壓,會緩慢地充電到與CPOUT端子相連接的啟動用電容器(CCPOUT)中,因此,CPOUT端子的電壓會緩慢地上升。4 當(dāng)CPOUT端子電壓(VCPOUT)達(dá)到放電開始電壓(VCPOUT1)以上時,轉(zhuǎn)換器(COMP1)的輸出信號就會從高電位轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娢?。因此,處于“關(guān)”的狀態(tài)的放電控制開關(guān)(M1)會轉(zhuǎn)變?yōu)椤伴_”的狀態(tài)。5 M1變?yōu)椤伴_”的狀態(tài)之后,CCPOUT處所充電的升壓電力會從OUT端子處開始放電。6 由于放電,當(dāng)VCPOUT降低到放電停止電壓(VCPOUT2)時,M1就會轉(zhuǎn)變?yōu)椤瓣P(guān)”的狀態(tài)而停止放電。7 當(dāng)VM端子電壓(VVM)達(dá)到開/關(guān)控制電壓(VOFF)以上時,轉(zhuǎn)換器(COMP2)的輸出信號(EN-)就會從低電位轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娢?。因此,振蕩電路會停止工作,并轉(zhuǎn)變?yōu)樾菝郀顟B(tài)。8 當(dāng)VVM不能達(dá)到VOFF以上時,會利用來自充電泵電路的升壓電力來對CCPOUT進(jìn)行再充電,并返回到(3)的工作。S-882Z系列主要應(yīng)用于太陽能電池、燃料電池等低壓電源的升壓;RF標(biāo)簽內(nèi)部的電壓升壓(如用于高速公路收費系統(tǒng));為間斷工作系統(tǒng)提供電源。最大占空比MaxDuty的問題對與超低輸入升壓電路來說,為了取得高的輸出電壓,必須要有大占空比的支持。占空比(Duty)的計算公式是:Duty=Ton/(Ton+Toff)。在連續(xù)電流模式下,占空比(Duty)的計算公式為Duty=1-Vin/Vout。按照這個公式來計算,如果是輸入0.5V時而輸出5V的升壓電路,最大占空比為90%,一般的升壓電路的占空比為80%90%,這樣是不能完全滿足要求的。對于這個問題,我們可以考慮采用SII的高倍率升壓DC/DC S-8337B,其最大占空比就能達(dá)到94%。S-8337B的主要特點:輸入電壓為1.86.0V;基準(zhǔn)電壓為1.01.5V;工作電流為0.5mA(max);振蕩頻率為47200kHz,能在外部設(shè)定;最大占空比為75%94%,也可以外部設(shè)定;UVLO,軟啟動,外部相位補償設(shè)定;動作溫度范圍為-40 +85;采用TSSOP8封裝。S-8337B的結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。圖6 S-8337B結(jié)構(gòu)框圖完整的解決方案一個超低電壓電源管理系統(tǒng)需要啟動電路和升壓電路的完美配合,用S-882Z系列配合S-8337B系列就能達(dá)到這個目標(biāo)。圖7為利用SII的S-882Z24和S-8337BAJA構(gòu)成的超低輸入電壓升壓電路,圖8為該電路在0.5V輸入情況下的效率曲線。圖7 S-882Z24+S-8337BAJA構(gòu)成的超低輸入電壓升壓電路圖8 0.5V下的電路效率曲線從圖8中可以看出,在這10倍升壓的情況下,而又需要

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