1、精品文檔DC-DC 開關轉換器 的作用是將一個直流電壓有效轉換成另一個。高效率 DC-DC轉換器采用三項基本技術： 降壓、升壓， 以及降壓/ 升壓。降壓轉換器用于產生低直流輸出電壓， 升壓轉換器用于產生高直流輸出電壓， 降壓/ 升壓轉換器則用于產生小于、大于或等于輸入電壓的輸出電壓。本文將重點介紹如何成功應用降壓/ 升壓 DC-DC轉換器。降壓和升壓轉換器已在 2011 年 6 月和 9 月的模擬對話 中單獨介紹過，此處將不再贅述。圖 1 所示為采用單個單元的 鋰離子電池供電的典型低功耗系統。 電池的可用輸出范圍為放電時的約 3.0 V 到充滿電時的 4.2 V 。系統 IC需要 1.8 V

2、、3.3 V 、和 3.6 V 的電壓，以實現最佳工作狀態。鋰離子電池開始工作時的電壓為 4.2 V ，結束工作時的電壓為 3.0 V ，在此過程中，降壓 / 升壓調節器可以提供 3.3 V 的恒定電壓，而降壓調節器或低壓差調節器 (LDO)則可在電池放電時提供 1.8 V 的電壓。理論上，當電池電壓高于 3.5 V 時，可使用降壓調節器或 LDO產生 3.3 V電壓，但當電池電壓降至 3.5 V 以下時，系統就會停止工作。允許系統過早關閉會減少電池需要重新充電前的系統工作時間。1歡迎下載精品文檔圖 1.典型低功耗便攜式系統降壓 / 升壓調節器內置四個開關、 兩個電容和一個電感， 如圖 2 所

3、示。如今的低功耗、高效率降壓 / 升壓調節器在降壓或升壓模式下工作時，只要主動操作其中兩個開關，就可以降低損耗，提高效率。圖 2. 降壓 / 升壓轉換器拓撲結構當 VIN 大于 VOUT, 時，開關 C斷開，開關 D閉合。開關 A 和 B 的工作方式和在標準降壓調節器中一樣，如圖 3 所示。2歡迎下載精品文檔圖 3. Buck mode when VIN > V OUT時的降壓模式當 VIN 小于 VOUT, 時，開關 B 斷開，開關 A 閉合。開關 C和 D的工作方式和在升壓調節器中一樣， 如圖 4 所示。最困難的工作模式是當 VIN 處在 VOUT ±10%, 范圍內時，此

4、時調節器會進入 降壓/ 升壓 模式。在降壓/ 升壓模式下，兩種操作（降壓和升壓）會在一個開關周期內發生。應特別注意降低損耗、 優化效率，以及消除由于模式切換造成的不穩定性。這么做的目標是保持電壓穩定， 使電感中的電流紋波降至最低，保證良好的瞬態性能。3歡迎下載精品文檔圖 4. BoostVIN <VOUT時的升壓模式對于高負載電流，降壓 / 升壓調節器采用電流模式、固定頻率、 脈沖寬度調制 (PWM)控制，以獲得出色的穩定性和瞬態響應。 為確保便攜式應用的電池壽命最長， 還采用了省電模式， 在輕載時可降低開關頻率。對于無線應用和其它低噪聲應用， 可變頻率省電模式可能會引起干擾，通過增加邏

5、輯控制輸入， 可強制轉換器在所有負載條件下均以固定頻率 PWM方式工作。降壓 / 升壓調節器提高系統效率如今的很多便攜式系統都采用單單元鋰離子充電電池供電。如上所述，。4歡迎下載精品文檔電池會從滿充狀態時的4.2 V 開始工作，緩慢放電至3.0 V 。當電池輸出降至 3.0 V 以下時，系統就會關閉，防止電池因過度放電而受損。采用低壓差調節器產生3.3 V 電壓軌時，系統會在VIN MIN =VOUT + VDROUPOUT= 3.3 V + 0.2 V = 3.5 V時關斷，此時只用了電池所存儲電能的70% 。但如果采用降壓 / 升壓調節器（如 ADP2503或 ADP2504），系統就可以

6、持續工作到最小實際電池電壓。 ADP2503和 ADP2504 (參見 附錄 )均為高效率、 600 mA和 1000 mA低靜態電流、降壓 / 升壓 DC-DC轉換器，工作時的輸入電壓可高于、低于或等于穩壓輸出電壓。電源開關采用內置形式，最大限度地減少了外部元件的數量和印刷電路板 (PCB)的面積。通過 這種方法，系統可以一直工作到 3.0 V ，從而充分利用電池存儲的電能，增加了電池需要重新充電前的系統工作時間。為了節省便攜式系統的電能，各種子系統（如微處理器、顯示屏背光和功率放大器） 不用時會在全 開 和 休眠模式之間頻繁切換， 造成電池電源線路上較大的電壓瞬變。 這些瞬變會使電池輸出電

7、壓短時降至3.0 V 以下，并觸發 低電量警告，從而使系統在電池完全放電前關閉。降壓 / 升壓解決方案可以承受的電壓擺幅低至2.3 V ，有助于維持系統潛在的工作時間。降壓 / 升壓調節器主要規格特性與定義輸出電壓范圍選項 : 降壓 / 升壓調節器提供額定的固定輸出電壓，或者提供選項，允許通過外部電阻分壓器對輸出電壓進行編程設置。5歡迎下載精品文檔地電流或 靜態電流 : 未輸送給負載的直流偏置電流 (I q ) 器件的 I q 低，則效率越高，然而， I q 可以針對許多條件進行規定， 包括 關斷、負載、脈沖頻率 (PFM)工作模式或脈沖寬度 (PWM)工作模式。因此，為了確定某個應用的最佳升

8、壓調節器， 最好查看特定工作電壓和負載電流下的實際工作效率。關斷電流 : 這是使能引腳禁用時器件消耗的輸入電流。 低 I q 對于電池供電器件在休眠模式下能否長時間待機很重要。 在邏輯控制的關斷期間，輸入與輸出斷開，從輸入源汲取的電流小于 1 A。軟啟動 : 具有軟啟動功能很重要，輸出電壓以可控方式緩升，從而避免啟動時出現輸出電壓過沖現象。開關頻率 : 低功耗降壓 / 升壓轉換器的工作頻率范圍一般是 500 kHz到 3 MHz。開關頻率較高時， 所用的電感可以更小， 還可減少 PCB面積，但開關頻率每增加一倍，效率就會降低大約 2%。熱關斷 (TSD):當結溫超過規定的限值時，熱關斷電路就會

9、關閉調節器。一直較高的結溫可能由工作電流高、電路板冷卻不佳和/ 或環境溫度高等原因引起。保護電路包括遲滯，因此，發生熱關斷后，器件會在片內溫度降至預設限值以下后才返回正常工作狀態。結束語低功耗降壓 / 升壓調節器憑借成熟可靠的性能與深入有力的支持，使采用 DC-DC開關轉換器的設計變得簡單。 ADI 公司不僅提供了全面的數據手冊并在其應用部分列出了設計計算， 還提供了 ADIsimPower 設。6歡迎下載精品文檔計工具以簡化最終用戶的任務。欲查看ADI 公司調節器的選型指南、數據手冊和應用筆記，請訪問：ml.如需幫助，請訪問ADI 中文技術論壇，網址為或通過電話 4006-100-006 或

10、電子郵件 china.support聯系 ADI 公司。參考文獻Marasco, K.“How to Apply DC-to-DC Step-Up (Boost) RegulatorsSuccessfully.”Analog Dialogue . Volume 45. September 2011.Marasco, K. “Howto Apply DC-to-DC Step-Down (Buck) RegulatorsSuccessfully.”Analog Dialogue . Volume 45. June 2011.Marasco, K. “Howto Apply Low-Dropout

11、 RegulatorsSuccessfully.”Analog Dialogue . Volume 43. August 2009.ml.ors-integrated-fet-switches/products/index.html.lers-external-switches/products/index.html.。7歡迎下載精品文檔附錄降壓 / 升壓 DC-DC開關轉換器的工作頻率是2.5 MHzADP2503和 ADP2504 均為高效率、低靜態電流、降壓/ 升壓 DC-DC轉換器，工作時的輸入電壓可高于、低于或等于穩壓輸出電壓。這兩種轉換器內置功率開關和同步整流器， 所需的外部器件數

12、量極少。 對于高負載電流，這兩種器件采用電流模式、 固定頻率、脈沖寬度調制 (PWM) 控制方案，以便獲得出色的穩定性和瞬態響應。 為確保便攜式應用的電池使用壽命最長， 這些器件還提供省電模式選項， 在輕負載條件下可降低開關頻率。 對于無線應用和其它低噪聲應用， 可變頻率省電模式可能會引起干擾， 而通過邏輯控制輸入同步， 則可強制轉換器在所有負載條件下均以固定頻率 PWM方式工作。ADP2503和 ADP2504采用 2.3 V 至 5.5 V 輸入電壓工作，單個鋰電池或鋰聚合物電池、多個堿性電池或 NiMH電池、 PCMCIA、USB及其它標準電源均可為其供電。 這兩種器件具有各種固定輸出可供選擇，也可采用可調型號， 通過外部電阻分壓器對