用于便攜式系統(tǒng)的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

　　第三種降壓-升壓控制方案通過消除降壓和升壓模式之間的過渡區(qū)而大大地改善了性能和效率。德州儀器公司的TPS63000降壓升壓轉(zhuǎn)換器包含先進(jìn)的控制拓?fù)?，能消除傳統(tǒng)的降壓-升壓問題。無論是什么工作條件，TPS63000在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)只有兩個(gè)開關(guān)工作。因此可以在整個(gè)電池放電曲線上減少功率損耗，并保持高的效率。與某些解決方案不同的是，TPS63000集成了所有的補(bǔ)償電路，只需要三個(gè)外部元件，因此降低了方案的尺寸。

　　圖3橫向比較了四種鋰離子電池到3.3V轉(zhuǎn)換解決方案的電池放電曲線和運(yùn)行時(shí)。這些解決方案分別是“級聯(lián)的降壓和升壓”、單降壓、LDO和TPS63000降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

　　圖3：鋰離子電池到3.3V解決方案的運(yùn)行時(shí)。

　　其配置采用了滿充的18650鋰離子電池，容量為1650mAHr。負(fù)載電流設(shè)置為500mA，系統(tǒng)關(guān)斷的條件定義為在3.3V電壓軌掉到初始設(shè)置點(diǎn)下的5%處。每種配置都使用相同的電池，從而消除因?yàn)殡姵厝萘坎町悓?dǎo)致的數(shù)據(jù)偏差。正如預(yù)期的那樣，LDO的運(yùn)行時(shí)間只有190分鐘，降壓-升壓拓?fù)浍@得最長的運(yùn)行時(shí)間，為203分鐘，而級聯(lián)的降壓和升壓”解決方案運(yùn)行時(shí)間最短，只有175分鐘。表1對實(shí)際系統(tǒng)中的幾種關(guān)鍵要素作了比較。

　　其它考慮

　　圖3的數(shù)據(jù)是根據(jù)恒定直流負(fù)載得到的。這是一種典型的平臺測試，但是在實(shí)際的應(yīng)用中并不典型。為最大化便攜式應(yīng)用的運(yùn)行時(shí)，負(fù)載只是在需要時(shí)打開，在不需要時(shí)關(guān)斷。顯示器、處理器和功率放大器就是負(fù)載的一些實(shí)例，會(huì)對系統(tǒng)電池產(chǎn)生顯著的瞬態(tài)變化。這些負(fù)載變化會(huì)因?yàn)殡姵氐膬?nèi)部源阻抗、保護(hù)電路以及分布總線阻抗而導(dǎo)致在電池總線上產(chǎn)生壓降。當(dāng)在放電周期的末期發(fā)生負(fù)載的變化時(shí)，它們可以將電池電壓拖到3.3V以下。在采用降壓和LDO方案時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)較早地關(guān)斷。而降壓-升壓解決方案可繼續(xù)工作在這些瞬態(tài)條件下，因此能延長系統(tǒng)的工作時(shí)間。

　　負(fù)載瞬變在實(shí)驗(yàn)室測試時(shí)表現(xiàn)得并不嚴(yán)重，但是在實(shí)際中會(huì)很糟糕。這是因?yàn)樵?50個(gè)充電/放電周期后，鋰離子電池的內(nèi)部阻抗將倍增。與25攝氏度的工作溫度相比，0度的內(nèi)部阻抗也會(huì)倍增。圖4顯示了當(dāng)發(fā)生負(fù)載瞬變時(shí)鋰離子電池的內(nèi)部總線電壓。降壓轉(zhuǎn)換器和降壓-升壓轉(zhuǎn)換器有很穩(wěn)定的250mA負(fù)載，而電池總線被加上了一個(gè)500mA的瞬態(tài)負(fù)載，此時(shí)降壓轉(zhuǎn)換器輸出將下降到調(diào)節(jié)范圍之外—這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)閉。TPS63000降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可以工作在這些瞬變條件下，輸出電壓不會(huì)改變。

　　圖4：鋰離子電池帶脈動(dòng)負(fù)載時(shí)的降壓與降壓-升壓性能比較。

　　表1比較了前面討論的四個(gè)鋰離子到3.3V轉(zhuǎn)換解決方案的關(guān)鍵要素。

　　表1：

　　結(jié)論

　　從鋰離子電池產(chǎn)生3.3V的方案中設(shè)計(jì)工程師有很多選擇。最佳的解決方案實(shí)際上取決于具體的系統(tǒng)要求。大多數(shù)系統(tǒng)會(huì)受益于降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)。工作時(shí)間最長、體積小以及相對較低的成本才是大多數(shù)便攜式應(yīng)用的最佳整體解決方案。

　　在選擇一個(gè)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，需要注意不是所有的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器都是一樣的。需要特別注意工作模式、在整個(gè)電池工作范圍內(nèi)的效率以及整體解決方案的尺寸。