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采用LDO的升壓轉(zhuǎn)換器超越SEPIC效率

星星科技指導員 ? 來源:ADI ? 作者:ADI ? 2023-01-10 11:15 ? 次閱讀
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升壓轉(zhuǎn)換器后接LDO穩(wěn)壓器,在采用一個鋰離子電池工作時,比經(jīng)典的SEPIC設(shè)計具有更長的電池壽命。MAX1800多通道數(shù)碼相機電源IC用于升壓和LDO設(shè)計,MAX668用于SEPIC設(shè)計。

最近,使用鋰離子電池為便攜式設(shè)備供電已變得司空見慣。使用鋰離子電池的主要缺點之一是必須使用升壓/降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生標準的3.3V電源電壓。這是因為電池電壓通常在2.7V至4.2V之間,與3.3V輸出電壓要求重疊。

升壓/降壓轉(zhuǎn)換器有幾種不同的拓撲結(jié)構(gòu),最常用的是單端初級電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)。另一個經(jīng)常被忽視的選項是升壓轉(zhuǎn)換器,后接低壓差(LDO)穩(wěn)壓器。由于降壓功能使用線性穩(wěn)壓器,因此通常認為效率較差。然而,當由單個鋰離子電池產(chǎn)生3.3V電壓時,該電路的效率可以超過等效的SEPIC電路,并具有更低的成本和更少的電路板空間的額外好處。

圖1所示為MAX1800五通道升壓轉(zhuǎn)換器的一部分。MAX1800包括一個同步整流升壓轉(zhuǎn)換器、三個升壓轉(zhuǎn)換器控制器和一個線性穩(wěn)壓控制器。在本例中,僅討論同步整流升壓轉(zhuǎn)換器和線性穩(wěn)壓器;但是,它也適用于類似的器件,如MAX1703、MAX1705和MAX1706。

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圖1.MAX1800升壓/降壓電路原理

該電路在典型鋰離子電池范圍內(nèi)的效率與負載電流的關(guān)系如圖2所示。正如預期的那樣,由于LDO穩(wěn)壓器的損耗,4.2V時的效率很差。

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圖2.MAX1800升壓/降壓效率

等效的SEPIC電路如圖3所示。它使用MAX668升壓控制器構(gòu)成SEPIC電路。該電路比上面所示的MAX1800電路更復雜;然而,更重要的是,它需要一個耦合電感器(變壓器)或兩個獨立的電感器以及一個耦合電容器。在所示電路中,使用耦合電感。

pYYBAGO82KeAC--nAAA8jC5kQao386.png

圖3.MAX668 SEPIC轉(zhuǎn)換器原理圖

該SEPIC電路的效率如圖4所示。SEPIC電路在升壓模式下的效率低于MAX1800的升壓+LDO電路,而4.2V輸入時的效率更高。

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圖4.MAX668 SEPIC轉(zhuǎn)換器效率

為了確定哪種電路會導致更長的電池壽命,使用典型鋰離子電池Sony US18650的1C放電曲線來權(quán)衡效率曲線與電池在該特定電池電壓下花費的時間。電池的放電曲線如圖5所示,稱重系數(shù)如表1所示。

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圖5.US18650電池1C放電曲線。

電池電壓 電池壽命的百分比
4.2V 8.6%
3.6V 64.3%
3.3V 12.1%
3.0V 10.7%
2.7V 4.3%

使用上述數(shù)據(jù)和輸入電壓的權(quán)衡因子的復合效率曲線如下所示。可以看出,升壓+LDO電路的峰值效率超過了SEPIC,但低電流除外。

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圖6.MAX1800和SEPIC的復合效率與負載電流的關(guān)系

升壓轉(zhuǎn)換器后接LDO穩(wěn)壓器的效率通常被認為是不令人滿意的選擇,因為LDO的效率較差。然而,在典型電池電壓接近調(diào)節(jié)輸出電壓的情況下,這種看法是不正確的,例如從單個鋰離子電池產(chǎn)生3.3V電壓時。從SEPIC電路切換到升壓+LDO電路可提高效率,同時減小尺寸和成本,顯然是更好的解決方案。

審核編輯:郭婷

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