在便携式产品系统中成功运用DC- DC升压调节器

　　便携式电子器件（如智能手机、GPS导航系统和平板电脑）的电 源可以来自低压太阳能电池板、电池或AC-DC电源。电池供电系 统通常将电池串联叠置以实现更高的电压，但此技术由于空间不 足未必总是可行。开关转换器使用电感磁场来交替存储电能，并以不同电压释放至负载。因为损耗很低，所以是个不错的高效选 择。连接至转换器输出端的电容可降低输出电压纹波。本文所讨论的升压， 转换器提供较高电压；而前一篇文章1所讨论的降压转换器提供较低输出电压。内置FET作为开关的开关转换器称为开关调节器，2 需要外部FET的开关转换器则称为开关控制器.3

　　图1显示采用两节串联的AA电池供电的典型低功耗系统。电 可用输出范围约为1.8 V至3.4 V，而IC工作时需要1.8 V和5.0 V 电压。升压转换器可在不增加电池单元数量的情况下提升电 压，从而为WLED背光、微型硬盘驱动器、音频设备和USB外 设供电，而降压转换器可为微处理器、内存和显示器供电。

　　图1.典型低功耗便携式系统

　　电感阻碍电流变化的倾向可提供升压功能。充电时，电感用作 负载并存储电能；放电时，可用作电源。放电过程中产生的电 压与电流变化速率相关，与原始充电电压无关，因此可提供不 同的输入和输出电平。

　　升压调节器包括两个开关、两个电容和一个电感，如图2所示。 非交叠开关驱动机制确保任一时间只有一个开关导通，避免发 生不良的直通电流。在第1阶段（tON），开关B断开，开关A闭合。 ON电感连接到地，因此电流从VIN流到地。由于电感端为正电压，因此电流增大，使电能存储于电感中。在第2阶段（tOFF）， 开关A断开，开关B闭合。电感连接到负载，因此电流从VIN流到负载。由于电感端为负电压，因此电流减小，电感中存储的能量 释放到负载中。

　　图2.降压转换器拓扑结构和工作波形

　　注意，开关调节器既可以连续工作，也可以断续工作以连续导通模式 （CCM）， 工作时，电感电流不会降至0；以断续导通模式 （DCM）， 工作时，电感电流可以降至0。 电流纹波，在图2中显示为ΔIL 使用公式ΔIL = （VIN × tON）/L.计算。平均电感电流流入负载，而纹波电流流入输出电容。

　　图3.升压调节器集成振荡器、PWM控制环路和开关FET

　　使用肖特基二极管代替开关B的调节器定义为异步 （或非同步）， 调节器，而使用FET作为开关B的调节器定义为同步调节器。 图3中，开关A和B已分别使用内部NFET和外部肖特基二极管 来实施，从而形成异步升压调节器。对于需要负载隔离和低关 断电流的低功耗应用，可添加外部FET，如图4所示。将器件 的EN引脚驱动至0.3 V以下便可关断调节器，使输入与输出完 全断开。

　　图4.ADP1612/ADP1613典型应用电路

　　现代低功耗同步降压调节器以脉宽调制（PWM）为主要工作模式。PWM保持频率不变，通过改变脉冲宽度（tON）来调整输出电压。输送的平均功率与占空 D成正比，因此这是一种向负载 提供功率的有效方式

　　例如，所需输出电压为15 V，可用输入电压为5 V时：

　　D = （15 – 5）/15 = 0.67 or 67%.

　　由于功耗降低，输入功率必须等于传递至负载的功率减去所有 损耗。假定转换十分有效，则少量的功率损失可在基本功耗计 算中省略不计。因此输入电流可近似表示为：

　　例如，如果负载电流在15 V时为300 mA，则5 V时IIN = 900 mA at 5 V—即输出电流的三倍。因此，可用负载电流随着升压电压增大而 降低。

　　升压转换器使用电压或电流反馈来调节选定的输出电压；控制 环路则可根据负载变化保持输出调节。低功耗升压转换器的工 作频率范围一般是600 kHz到2 MHz。开关频率较高时，所用的 电感可以更小，但开关频率每增加一倍，效率就会降低大约2%。在ADP1612 和ADP1613升压转换器（参见附录）中，开关频率可通过引脚选择，最高效率下的工作频率为650 kHz，最小外部 器件的工作频率为1.3 MHz。对于650 kHz的工作频率，将FREQ 连接至GND，而1.3 MHz的工作频率则连接至VIN。

电感是升压调节器的关键器件，它在电源开关导通期间存储电能，而在关断期间通过输出整流器将电能传输至输出端。为了在低电感电流纹波与高效率之间取得平衡，ADP1612/ADP1613 数据手册建议电感值范围为4.7 μH至22 μH。一般而言，较低值 的电感在给定实体尺寸下具有更高的饱和电流和更低的串联电 阻，而较低的电感导致较高的峰值电流，可降低效率并增加纹 波和噪声。通常最好在断续导通模式下执行升压，以便缩小电 感尺寸并改善稳定性。峰值电感电流（最大输入电流加一半的 电感纹波电流）必须小于电感的额定饱和电流；而调节器的最 大直流输入电流必须小于电感的电流