用MAX1771开发的一种低压大电流DC/DC升压变换器

摘要：介绍一种低电压、大电流DC/DC升压器的工作原理及特性，开发过程中的几个关键问题和一部分试验数据。

关键词：DC/DC升压器海水电池单元电路

e Low－ voltage and Heavy－ current DC/DC Step－ up Converter

Developed Using MAX1771

Abstract:The paper introduces the operating principle and performance of a low－ voltage and heavy－ current DC/DC conversion,some techincal problems and some test data in developing period

Keywords:DC/DC step－ up converter Sea－ water power Unit circuit

1引言

　　在许多应用场合，都需要将低电压升至适合用电设备使用的较高电压。如太阳能电池供电电路，常需要将其0.8～1.4V的低电压升至可供使用的5V,甚至更高的电压。再如一种供海上设备使用的电源，铝—空气海水特种电池，其端电压为0.5～1.5V,必须将这么低的电压升至可供使用的6V、12V或24V等标准电压，而且要求DC/DC变换器的输出功率在12W以上。因而有必要开发出一种低电压、大电流DC/DC升压变换器。

　　笔者应客户要求，设计一种供“铝－空气海水电池”所使用的特殊DC/DC变换器，其框图如图1示。

图1

　　该DC/DC变换器，在主逆变电路中利用高效开关器件MOSFET及高性能IC控制器，并利用蓄电池电压作为辅助电源，确保了海水电池端电压低至0．5V时，变换器仍能正常工作。

2工作原理

2．1单元电路

　　（1）MAX1771控制芯片简介

　　MAX1771采用BiCOMOS工艺制造，该控制器采用独特的控制方案，结合PFM（脉冲频率调制）及PWM（脉冲宽度调制）的优越性，提供一个高效、较宽电压调节范围的电源。前者具有较小的静态电流，轻载情况下效率较高，但纹波较大。后者在重载情况下具有较高的效率，噪声小。该控制器采用的是一种改进型的限流PFM控制方式，控制电路限制电感充电电流，使其不超过某一峰值电流。既保持了传统PFM的低静态电流，同时在较重负载下也具有很高的效率，而且由于限制了峰值电流，采用很小体积的外围元件就可获得满意的输出纹波，这样便于降低电路成本及电路的尺寸。

　　MAX1771的引脚如图2所示：

图2

　　1脚EXT：栅极驱动，接N沟道功率管。

　　2脚V＋：电源电压输入端，（正端）。

　　3脚FB：调节输出电压信号的反馈输入，接地为固定输出电压，接电阻分压器调节输出电压。

　　4脚SHDN：关断模式的关断输入，接地为正常操作。

　　5脚REF：对于外接负载是100μA的1．5V参考电压输出。

　　6脚AGND：模拟信号地。

　　7脚GND：从输出驱动器返回的大电流地。

　　8脚CS：该点电位传送到内部电流传感器的放大器，将电流传感器电阻接到CS和GND之间。

　　MAX1771极限参数：

　　(2)单元电路简介

　　图3为MAX1771应用的典型电路，Ui的输入范围为2～16.5V，而海水电池的输出电压为0.5～1.5V,这样低的电压无法使该变换器正常工作。笔者将这一电路作了一个小改动（见图4）,使该控制器的电源供应端V＋由Ui移至Uo,由于Uo是和蓄电池相连接的,这样蓄电池就成了本电路的一个辅助电源,确保了在任何电源电压Ui下都能使该电路正常工作,从而解决了低电压正常起动DC/DC变换器的问题。

图3

图4

　　①单元电路的升压范围

　　升压型DC/DC变换器的电路结构如图5所示，开关S导通时电池给电感L充电，在L中储存能量LI2/2（I为电感电流）。S断开后，L中的磁能又以电能形式释放出来供给滤波电容C2和负载RL。周期性的开关操作使电池能量源源不断地送入负载，而输出电压被变换为：

Uo=Ui/（1－D）（1）

图5

　　MAX1771的占空比D可达90％，由式（1）可看出D=90％时，该单元电路的升压幅度为最大，以Ui=0．5V计算。则

Uo=0.5/(1－0.9)=5V

　　也就是说在海水电池Ui为最低电压时，该单级升压电路最大也只能升至5V，要升至所需的12V或24V，则必须采用多级升压的办法。

　　②单元电路的最大获取功率

由于MAX1771的应用电路中只需少量外围元件，所以在决定应用电路的最大输出电流、系统效率以及电路体积方面，电感都起着重要的作用。该储能电感主要考虑的参数有电感量，、饱和电流和直流电阻。电感量的大小主要由最大输出电流所决定，小的电感可使电路提供较大的电流，但同时也增大峰值电流，使效率降低。较大的电感有利于减小电流的脉动，降低输出纹波，但同时也减少了单元电路从电源输入端获取的输入电流值，减少了单元电路的输出功率。另外，绕制电感的磁心材料也应尽量选取磁饱和电流大的高性能磁心材料。在本电路