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DC/DC开关电容稳压器提升便携电源效率|唯一官网

作者:s10在哪下注 时间:2020-12-04 00:18
本文摘要:手持设备核心处理器的电源电压日益降低,但考虑效率和电池寿命是另一个挑战。在升压开关过程中,经常使用功率调节器和LDO调节器,但缺点是尺寸过大。当LDO电压偏差相当大时,开关效率会急剧下降。 电力电容器调节器是一项新技术,它结合了电力电容器和LDO的优点,可以集成到便携式应用中。总的来说,开关电源的效率是目前大家关心的问题,那么如何提高这个效率呢,见下文。

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手持设备核心处理器的电源电压日益降低,但考虑效率和电池寿命是另一个挑战。在升压开关过程中,经常使用功率调节器和LDO调节器,但缺点是尺寸过大。当LDO电压偏差相当大时,开关效率会急剧下降。

电力电容器调节器是一项新技术,它结合了电力电容器和LDO的优点,可以集成到便携式应用中。总的来说,开关电源的效率是目前大家关心的问题,那么如何提高这个效率呢,见下文。

试图降低核心处理器的电源电压是手持设备的全新技术趋势之一,在提升电压的同时,还必须考虑到市场对以更高的效率缩短电池寿命的需求。目前,这些器件中有许多新功能对升压开关有市场需求,如应用于处理器、存储器和射频(RF)设计等。从阻抗和空间参数两方面考虑,这类应用中最流行的解决方案是电源稳压器和高压稳压器。

如果只考虑效率的话,功率调节器是最好的自由选择。然而,当电子部件的高度和解决方案的尺寸被允许远远超过电感器使用的范围时,转换器可以采用LDO或电力电容器(SC)调节器。

一般来说,电源解决方案不能获得更多的电路板空间,但电源调节器可以获得比LDO和电源电容调节器更大的解决方案尺寸。我们使用DC/DC电力电容器调节器来提高供电效率,那么电力电容器有什么优势呢?电源电容可以保持等效阻抗效率。

随着VIN的降低,转换器产生的VIN和VOUT之间的能量减少会导致功率损耗和效率增加。解决这个问题所采用的模式是改变更高的效率增益,就像汽车换挡更多一样。

为了保持等效阻抗效率的连续性,设置另一个转换增益来控制和改变电力电容器转换。功率电容没有线性增益步长,效率相当于VOUT/(增益VIN),这些效率有不同的线性增益。LDO只有一个增益,效率低于三个,而功率电容调节器有三个不同的电压增益,即2/3、1/2和1/3。

随着VIN的快速增长,从SC调节器可以看出,电压增益从2/3变为1/2,从1/2变为1/3,于是整个阻抗范围的效率最大化,在3.4 ~ 3.8伏的电压范围内给锂离子电池带来80%的功率,而同一应用中的LDO只有超过50%的效率。不同电感类型,典型的电源稳压器不应该有88 ~。传统上,电压调节器是根据有效量来比较的。

但由于锂离子电池的特性,应该根据时间效率或者锂离子电池充满静电所需的时间来判断。根据经验,典型的电源稳压器采用200 mA的阻抗电流,电源电容稳压器采用哈密顿量,持续时间延长6 ~ 8%。假设阻抗和微处理器中的一样,只显示20 ~ 30%的时间,那么电感电源和电源电容就有效率和成本的权衡。

功率电容调节器的增益越好,效率可能会降低一点,但需要减少更多的外部电容和内部场效应晶体管(场效应管),从而导致成本增加和解决方案尺寸减小。上述增益可以通过使用两个外部电容或较慢的电容(CFLY)来获得,这两个电容用于存储电荷并将电荷从VIN转移到VOUT。除了较慢的电容之外,还需要一个输出电容(CIN)和一个输入电容(COUT),输出电容控制电压纹波,而输入电容控制输入电压纹波。根据VIN和VOUT可接受的纹波标准值,CIN值和COUT值的一般范围为1 ~ 10微法,CFLY的数量一般小于COUT。

通过使用内部功率场效应晶体管,外部电容器以不同的配置连接到晶片。为了通过使用电力电容器调节器来调节输入电压,可以考虑将其用于脉冲频率调制(PFM)或脉冲宽度调制(脉宽调制)。电力电容器调节器的输出阻抗成比例 利用特征输出阻抗,转换器可以再次提升等效阻抗;用于放大器中,即可以控制频率或内部场效应管电阻来调节输入电压,而PFM方案是一种更传统的方法。

在PFM系统中,如果输入电压低于注册值,调节器将开始关闭,并在输入电压降至所需值以下时再次启动。PFM控制模式的优点是操作员电压不同于车辆识别号和驾驶员识别号,两者都可以调整。阻抗越高,操作员频率与登录频率越相似。

但是,该操作范围内的频率变化可能并不局限于某些便携式应用,对于VIN和ILOAD,输出电压纹波也是不同的。图5显示了250毫安和30毫安阻抗的输入纹波。

10微法COUT的输入纹波会是50 mV,可以看出250 mA阻抗的纹波频率低于10 mA阻抗。


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