升压转换器延长锂离子电池寿命的设计.docx

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1、用全集成降/升压转换器延长锂离子电池寿命的设计用全集成降/升压转换器延长锂离子电池寿命的设计hesp导语：对于便携式电源应用而言，要充分利用先进电池技术的小尺寸、高能量密度等优点，就必须在整个电池放电电压范围内实现高效工作。对于便携式电源应用而言，要充分利用先进电池技术的小尺寸、高能量密度等优点，就必须在整个电池放电电压范围内实现高效工作。这就对要求3.3V总线电压的锂离子电池供电系统提出了严重的挑战。尽管标准降压转换器在将4.23.0V锂离子电池电压转换成诸如1.8V的较低输出电压时具有很高的转换效率，且标准升压转换器在将锂离子电池电压转换成诸如5V的更高输出电压时也有很高的转换效率，但上述

2、两种转换器均不是生成常用3.3V总线电压的最正确解决方案。SEPIC及传统的降压-升压固然可以充分利用电池电量，但却具有效率低、本钱高、电路板面积较大及部件数目多等缺点。采用三种配置构造的TPS6300x可以解决这些问题。TPS63000具有从1.2V5.5V的可调输出范围。TPS63001及TPS63002的固定输出电压分别为3.3V和5.0V。上述产品均采用节省空间的10引脚QFNDRC封装。TPS63001TI的TPS63001具有部件数最少、电路板面积小、本钱较低等特点，且可以将锂离子电池输入电压高效地转换为3.3V总线电压。在一个3x3毫米QFN封装中除集成了降压和升压两种功能以外，

3、还集成了开关FET、补偿和保护功能等。只需三个外部部件即可保证工作运行：输入和输出电容以及电感。该转换器的峰值效率为96%请参见图1，峰值输出电流为800mA，其电流足以为大多数便携式负载供电。1.85.5V广泛的输入电压范围可以配合很多常见电源工作，如两节或者三节碱性电池、NiMH电池以及3.3V和5V总线。img=420,306cms50hz/files/RemoteFiles/20201225/833138001.gif/img图11.85.5V时的TPS63001效率图320mA负载VOUT=3.3v图2显示了一款可由单个锂离子电池供电的典型3.3V电源。1.5MHz的开关频率允许使用

4、小型的2.2H电感器及0603尺寸的小型陶瓷输入和输出电容。高效率再加上较少的外部部件数目将总体解决方案尺寸降至了只有6x6毫米大小请参见图3。img=489,257cms50hz/files/RemoteFiles/20201225/833138002.gif/img图2典型的应用电路img=340,356cms50hz/files/RemoteFiles/20201225/833138003.gif/img图36x6毫米板级空间内的典型布局高级控制拓扑构造实现了效率的最大化TPS6300x基于如图4所示的标准H桥接降压-升压功率级，同时包含了与单个电感连接的降压和升压两种开关FET配置构造

5、。与连续同时开关四个FET的标准降压-升压形式不同，TPS6300x采用专有调制器设计，每次只开关其中两个FET，这种控制机制显著降低了不必要的开关损耗。TPS6300x的降压或者升压形式的工作效率高于传统的降压-升压形式工作效率，进而进一步降低了功率损耗。img=460,349cms50hz/files/RemoteFiles/20201225/833138004.gif/img图4电源局部的构造图当锂离子电池放电至并低于3.3V时，降压-升压转换器必需要从降压形式转换为升压形式。在该转换点，很多降压-升压控制机制会出现效率下降、电源抖动或者输出电压不稳的情况。TPS6300x可根据需要在降

6、压和升压形式间以逐脉冲方式进展无缝转换，因此可以在降压和升压范围内提供恒定的PWM开关，而不会在两个形式间产生迭加或者停滞时间。TPS6300x还包含其他集成特性，这些特性可增强便携式应用中的使用体验，如极低静态电流不到50A，在轻负载情况下仍保持高效率的用户可选的节电PS形式，以及有助于最小化系统噪声的外部同步等。平均电流形式控制拓扑在降压和升压形式下均能提供快速的瞬态响应和低输出纹波。在输入与负载范围内，输出稳压容差为1%。内部补偿针对具有10至22F输出电容的2.24.7H外部电感进展了优化。短路保护起到了返送电流限制的作用，当输出电压下降3%时，输出限流最大值便从1.7A降至800mA

7、。这就降低了输出过载情况下的器件功耗。过载去除后即可恢复正常工作。这种方法的优点是可以对诸如超大电容等类型的大输出电容器进展充电。PS形式特性即使是在低于300mA的轻负载下也能保持非常高的效率。在PS形式下，开关时间只能保证将输出电压升至略高于输出电压设定点，随后那么停顿开关直至输出电压再次降至设定点以下。这种“先开再关的开关形式在轻负载下可提供极高的效率。TPS6300x还能在电流调节形式下驱动白光LEDWLED，即在WLED回路中用电阻替换输出分压网络。由于WLED的典型正向压降为4.23.5V，在大多数电源拓扑中用锂离子电池供电都有问题，由于电源需要同时对其输出电压进展降压和升压。TPS6300x的降压-升压功能那么很好地解决了这个问题，并可以轻松地为照明灯或者闪光灯应用提供500mA的电流。TPS6300x是将锂离子电池电压转换为3.3V总线电压的理想解决方案。其具备效率高、电路板面积小、本钱低、从降压形式到升压形式的无缝转换等特点，是帮助设计工程师完成高性能、快速设计的理想选择。0