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电池供电系统中DC-DC升压调节器的应用

2022-09-10 02:07:31

便携式电子器件(如智能手机、GPS导航系统和平板电脑)的电源可以来自低压太阳能电池板、电池或AC-DC电源。电池供电系统通常将电池串联叠置以实现更高的电压,但此技术由于空间不足未必总是可行。开关转换器使用电感磁场来交替存储电能,并以不同电压释放至负载。因为损耗很低,所以是个不错的高效选择。连接至转换器输出端的电容可降低输出电压纹波。本文所讨论的升压, 转换器提供较高电压;而之前所讨论的降压转换器提供较低输出电压。内置FET作为开关的开关转换器称为开关调节器,需要外部FET的开关转换器则称为开关控制器。

  图1显示采用两节串联的AA电池供电的典型低功耗系统。电可用输出范围约为1.8 V至3.4 V,而IC工作时需要1.8 V和5.0 V 电压。升压转换器可在不增加电池单元数量的情况下提升电压,从而为WLED背光、微型硬盘驱动器、音频设备和USB外设供电,而降压转换器可为微处理器、内存和显示器供电。

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图1.典型低功耗便携式系统

  电感阻碍电流变化的倾向可提供升压功能。充电时,电感用作负载并存储电能;放电时,可用作电源。放电过程中产生的电压与电流变化速率相关,与原始充电电压无关,因此可提供不同的输入和输出电平。

  升压调节器包括两个开关、两个电容和一个电感,如图2所示。非交叠开关驱动机制确保任一时间只有一个开关导通,避免发生不良的直通电流。在第1阶段(tON),开关B断开,开关A闭合。 ON电感连接到地,因此电流从VIN流到地。由于电感端为正电压,因此电流增大,使电能存储于电感中。在第2阶段(tOFF), 开关A断开,开关B闭合。电感连接到负载,因此电流从VIN流到负载。由于电感端为负电压,因此电流减小,电感中存储的能量释放到负载中。

?降压转换器拓扑结构和工作波形

图2.降压转换器拓扑结构和工作波形