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便携DCDC电源新技术促使效率与寿命兼得(下)

2015/3/14

  须在效率与成本之间取舍

  开关电容稳压器的更多增益可能会增加少许效率,但却须要增加更多外部电容器和内部场效电晶体(FET),促使成本上升,同时也增加解决方案尺寸。上述增益可透过两个外部电容器或快速电容器(CFLY)取得,这些电容器用于储存电荷,并将电荷从VIN传输到VOUT,除快速电容,还需一个输入电容器 (CIN)及输出电容器(COUT),输入电容器指示电压波纹,而输出电容器控制输出电压波纹,依VIN和VOUT可接受的波纹标准值,CIN和COUT 值的一般范围是从1~10微法,且CFLY的数量通常比COUT少,外部电容器透过内部的功率电感FET在不同的配置中连接到晶片。

  为利用开关电容稳压器来调节输出电压,可考虑使用脉波频率调变(PFM)或脉波宽度调变(PWM),开关电容稳压器的输出阻抗与开关频率和内部功率FET 的电阻成比例。透过调制输出阻抗,可再透过转换器对给定负载进行降压;使用回授,即能控制频率或内部FET阻抗,以调节输出电压,而PFM方案为较传统方法。

  在PFM类系统中,输出电压如高于一个指定值,稳压器即进行关机控制,至输出电压降到所需值以下时再重新开机,使用PFM控制模式的优势是操作电压取决于 VIN和ILOAD,同时两者皆可调整。负载越高、操作频率就越接近指定频率,但此操作范围内的频率变化可能不适用某些可携式应用,输入电压波纹也取决于 VIN和ILOAD。10微法COUT的输出波纹将为50毫伏特,可看到250毫安培负载的波纹频率高于10毫安培负载的波纹频率。

  电压偏离导致LDO效率降低

  LDO在要求的电压与电池电压相近时有效率,但如电压偏离值很远时,LDO效率就会降的很低,例如以3.6伏特电压为一个仅要求1.5伏特电压的微处理器锂离子电池充电时,把电池电压与1.5伏特LDO连接起来,就能为微处理器产生一个完整、稳定和小量的电源,但耗电量却非常明显。

  LDO消耗功率(PD)等于负载电流(ILOAD)与输入和输出电压的差相乘,即PD=ILOAD×(3.6~1.5)=ILOAD×2.3V。换句话说,此例中,如以LDO做降压转换器时,仅产生42%的效率,表示LDO消耗剩余功率,且大幅增加晶片(Die)温度,而此种温度上升将引发装置可靠性相关问题。

  由于具电压增益能力,开关电容稳压器成为比线性稳压器更有效的解决方案,此电压增益透过在双相位,即充电相位和传输相位中的堆叠电容器和并行电容器所取得的输入电压与输出电压比率,如位于增益配置中的一个开关电容转换器的1/2将把一个3.6伏特的输入电压(VIN)转变为1.8伏特的输出电压 (VOUT);如要求的输出电压是1.5伏特,则功率消耗仅为300毫伏特与负载电流的乘积,相当于83%的效率。

  公司网站:www.beytkj.com联系电话梁生

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梁先生09:41:52
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