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用开关模式泵榨取电池最多的能量

时间:01-08 来源:互联网 点击:

率来选择电感。

输出电容的ESR(等效串联电阻)可以产生很大的纹波。如果为降低成本而选择铝电解电容,则还应并联一个瓷片电容,以减少纹波。所用电容大小决定了输出的保持时间。建议采用肖特基二极管,因为它们有低的正向压降和高的开关速度,但是肖特基二极管的正向压降及其自身阻抗也造成了一些损耗。二极管的额定电流应大于两倍的峰值负载电流。

图2b中的SMP有一个内部二极管。不过在微控制器中, 用一只MOSFET开关来模拟这个二极管,MOSFET与SMP同步工作。如外接肖特基二极管,会因为二极管的正向压降而造成较高的功率损耗,这个压降一般约为0.4V。内置同步FET有较低的压降(0.1V),因此尽量减少了损耗,提高了电池效率。

负载特性亦影响着SMP 的效率;如果不是一个恒定负载,则效率会下降。

为一个低输入电压SMP电路做布局设计必须非常小心。考虑一个0.5V起步的升压转换器,例如Cypress半导体公司的PSoC3(参考文献1)可编程单系统芯片。我们假设升压输出预计为3V,50mA。当效率为100%时,输入电流预计为((3×50)/0.5)mA=300mA。在300mA电流泵入情况下,一根1Ω的PCB走线都可以轻易地产生0.3V压降。尽管实际输入电压约为0.5V,但在升压转换器输入端上却只剩0.2V了。于是,SMP就无法以0.5V输入电压起动。电路板设计者可以采用一些布线方法来避免出现这种情况,如使用更宽更短的走线,放置元器件时使导电路径尽量短。

另外一个设计问题是流入SMP的开关电流所产生的辐射。当电感存储电荷时,输入电流较高。另外,当电感存储和释放电能时,这个电流会在两个极端之间转换。

考虑一种由0.5V升压至约3V的情况,假设负载电流约为50mA。此时,对理想SMP的输入电流为300mA。如果转换器是非理想的,则这个电流会更大。如果这个电流经过了任何长度的走线,则电磁辐射就会影响到邻近电路的工作。举例来说,假设周边有任何模拟元件,则其性能可能会受影响。为避免出现这种情况,要采用接地的防护走线,将开关路径与其它敏感元件隔离开来。

升压转换器的特性

任何需要高于电源电压的系统,也都可以使用升压转换器。一个例子是在3.3V的系统中驱动一块5V的LCD。

再举个例子,如某个应用有一个控制器以及一块用于无线通信的RF芯片(图3)。RF芯片的工作可能需要3.3V电压,而控制器只要1.8V就足够了。此时,输入的稳定电压可以为控制器供电;同时,控制器上的SMP可以将输入电压升至3.3V,为RF芯片供电。于是,控制器上的SMP就可以用于需要多种电源的应用。


很多制造商都提供有片上SMP的SoC , 具备独有的特性。Cypress半导体公司的PS o C架构就是一个例子, 除了其它资源( 如精密可编程模拟与数字元件)外还有一只SMP。SoC上的升压转换器可以工作在主动或待机模式。主动模式是一般的工作模式,此时升压稳压器获得电池输入电压,产生一个输出的稳压。在待机模式时,大多数升压功率都被关闭,以降低升压电路的功率。转换器可以配置为在待机模式下提供小功率小电流的稳压。当输出电压小于设定值时,可以用外接的32kHz晶体,在内部时钟的上升沿和下降沿上产生电感升压脉冲,这种模式叫做ATM(自动锤打模式)。

主动模式的升压电流一般为200μA,待机模式为12μA。开关频率可以设定为100kHz、400kHz、2MHz或32 kHz ,以优化效率与元件成本。100kHz、400kHz和2MHz开关频率来自于升压转换器中的内置振荡器。当选择32kHz开关频率时,时钟则来自于外接的32kHz晶振。32kHz外部时钟主要用于升压待机模式。

微控制器和SoC 的片上SMP有助于为小功率嵌入式应用提供电源。提高电池的效率,增加其持续使用时间,从而减少废弃电池的数量。SMP也鼓励设计人员去开发采用太阳能电池供电的系统。

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