凭借新的超低 IQ 降压-升压型转换器超越传统供电方案

时间:2022-03-14作者:佚名

背景信息

由于存在非理想或多个输入电源、瞬态干扰以及存储组件充放电,DC/DC 转换器的输入电压会在很宽的范围内变化。降压-升压型 DC/DC 转换器是电源设计师用来应对这类变化的工具中最有用的工具之一。单个电感器、同相降压-升压型转换器无缝地降低或升高输入电压并调节输出电压,这无论输入是高于、等于或低于输出。降压-升压型转换器能够灵活应对这 3 种情况,因此可以代替两个 IC (一个单独的降压型转换器或一个低压差线性稳压器加上一个升压型转换器),从而大幅度延长便携式系统的电池寿命。用料清单 (BOM) 也简化了,因此节省了在印刷电路板 (PCB) 上占用的空间 / 面积。在有多个潜在电源的情况下,视电源不同而不同,降压-升压型转换器可以在完全降压或升压模式下运行。反过来,在电源备份应用中,存储组件放电的放电电压曲线横跨所需要的固定输出,这时降压-升压型转换器将用到两种运行模式。

面对不同市场的电源方案

除消费类产品以外,视应用不同的情况,输入和输出电压范围变化都很大。例如,标准工业电源总线电压为 24V 或 12V。大多数系统都需要多个良好稳定的电源轨来供电,较低电压的电源轨一般由降压型稳压器或 LDO 供电。不过,为了给传感器和各种不同的模拟组件 (运算放大器、电动机或收发器) 供电,还存在对稳定的 12V 和 24V 电源轨的需求。取决于电源总线状态或系统配置,很多这些系统既需要降压转换又需要升压转换。降压-升压型转换器能够灵活地用各种输入电源运行,从而最大限度减少了设计中所需的电源转换器数量和用料清单中的数目。

汽车电池电压范围很宽且要求严格

在汽车应用中,12V 汽车电池是所有电子系统的主电源。标称 12V 在冷车发动时可能降至 3V,在抛载时可能上升至近 40V (受到瞬态电压抑制器的限制)。这种环境对电子产品造成了严酷考验,要求电子产品在各种条件下能坚固和可靠地运行。因此,很多内部系统都会遇到约为 24V 双倍的电池电压 (例如拖车快速启动时)。这些极端电压情况以及引擎罩内可能出现的极端高温都要求使用坚固可靠的电子系统。出于这些原因,用降压-升压型转换器产生系统电压,包括汽车电气系统中常见的 5V 至 12V 电源轨,是应该采取的审慎做法。

航空电子、军用和航天环境采用标准电源轨,但是也可能靠各种不同的电池配置和太阳能电池板运行,因此要求电源能够应对非常宽的输入电压范围。有些应用要求接受很多不同的输入源,以便任何能源都可以自动给系统供电。例如,很多军事应用必须接受由不同类型的电池、适配器甚至太阳能电池板供电。

工业和军用 / 航天系统要求向必要的下游电子系统可靠供电,甚至在类似于汽车环境的严苛输入电压情况下。此外,这类系统一般还要求很宽的工作温度范围。

电源转换设计挑战

过去,既需要以降压模式又需要以升压模式运行的设计一直是通过使用多个电源转换器实现的,这类设计的典型问题有 PCB 面积、尺寸、成本和复杂性较高、可靠性较低、静态电流 (IQ) 较大以及转换效率较低。可替代拓扑,例如 SEPIC (单端主电感转换器),尽管比多个电源转换器设计简单,但是效率比同步降压-升压型转换器约低 10%,而且需要两个电感器和一个大电流耦合电容器,这提高了复杂性和潜在噪声,并缩短了电池寿命。

降压-升压型转换器以升压模式运行时,面临着一些独特的挑战,尤其是当升压型转换器断开时,或者在刚加上电源时。常规升压型转换器在 VIN 至 VOUT 之间,通过电感器和升压型二极管提供一条直接的电流通路。当电源加到 VIN 上时,升压型转换器这个特点可能引起很大和有可能造成损坏的浪涌电流,而当电源转换器关断时,VOUT 比 VIN 低一个二极管压降,因此 VOUT 仅得到部分供电。幸运的是,ADI公司的很多降压-升压型转换器具输出断接功能,这是其 4 开关架构所固有的特点。因此,当电源一加到 VIN 上时,降压-升压型转换器的输入电流就受到控制,从零逐渐斜坡上升至电流限制值,同时 VOUT 加电上升。当降压-升压型转换器断开时,VOUT 和 VIN 会彻底断开,以便 VOUT 能够安全地放电直至零伏。

使用可在非常低输入电压时运行的降压-升压型转换器,能够更好地满足一些采用超级电容器的备份应用之需求。例如,一组电容器 (超级电容器、电解质电容器等) 被充电至某个电压值。如果电源失效,那么下游的降压-升压型转换器就可以保持输出稳定,因为该转换器具有允许使用电容器全部能量的优势。这就可以减少应用所需的电容量 (减小电容值和电路板面积)。不过,较新式的转换器仍然需要 2.xV 输入电压才能运行。因此,用户如果想从一个低于 2.xV 的输入获得功率,需要运用一些技巧 (反向馈送等)。很多 DC/DC 转换器做不到这一点。

幸运的是,ADI的降压-升压型转换器产品解决了很多这类问题。就输入要求达到 40V 的情况而言,LTC3115-1/-2 和 LTC3114-1 非常适合。输入电压高达 15V 时,可以使用 LTC3111、LTC3112 和超低静态电流 LTC3129。不久的将来,LTC311x 系列产品将使输入电压能力扩展至 18V,并在降压模式支持 5A 输出电流。然而,业界仍然存在一个尚未弥合的差距,即可与 12V/24V 系统兼容同时提供高达 600mA 的适度输出电流、能够在启动后以低压运行并具备超低静态电流的降压-升压型 DC/DC 转换器。

新的超低 IQ 降压-升压型转换器

显然,解决上述这些问题的降压-升压型解决方案应该具备以下特性:

• 在很宽的输入 / 输出电压范围内运行

• 能够提供充足的输出电流

• 超低 IQ

• 低输出噪声/纹波

• 以高效率运行

• 以升压模式运行时,输出断接

• 需要最少的外部组件,易于设计

• 出色的热性能

为了满足这些需求,ADI不久前推出了 LTC3130 和 LTC3130-1。这些输入和输出额定值为 25V 的单片同步降压-升压型转换器在降压模式能够提供高达 600mA 输出电流,同时具备极低的 1.2µA 无负载静态电流 (参见图 1)。每个器件都提供 2.4V 至 25V 输入电压范围和 1V 至 25V 输出电压范围 (LTC3130 是可调的,参见图 2),并在输入高于、低于或等于输出时提供稳定的输出。一旦启动,这些器件的典型输入电压要求仅为 0.6V。用户可选的突发模式 (Burst Mode) 运行将静态电流降至仅为 1.2µA,从而提高了轻负载时的效率,并延长了电池运行时间。LTC3130/-1 专有的降压-升压型拓扑在所有工作模式下都提供低噪声、无抖动开关,非常适合对电源噪声敏感的 RF 及高精度模拟应用。这些器件还包括可编程最大功率点控制 (MPPC) 功能,从而确保从光伏电池等非理想电源提供最大功率。LTC3130 的所有功能 LTC3130-1 都提供,但 LTC3130-1 提供 4 个用户可选的固定输出电压:1.8V、3.3V、5V 和 12V,从而无需电阻器分压器就可实现可调输出版本 (参见表 1)。

图 1:LTC3130 的典型应用原理图和功能

相关阅读

地标建筑亮化塑造城市魅力

近些年来,以城市地标建筑为载体的亮化得到了极大的重视和投资。例如:杭州、厦门、赤峰、西安、乌海、南昌、上饶、大理等城市,通过夜景亮化工程塑造城市魅力,通过媒体装饰...
2022-09-08
地标建筑亮化塑造城市魅力

能源管理系统(EMS)与电力监控系统市场报价及应用

能源管理系统(EMS)与电力监控系统市场报价及应用 在绿色低碳、智能制造政策导向下,能源管理系统(EMS)与电力监控系统已成为企业实现能耗优化、供配电安全管控的核心数字化工具。...
2026-04-10
能源管理系统(EMS)与电力监控系统市场报价及应用

景观亮化工程具有十分重要的意义

景观亮化工程 不但能够为人们的夜间活动造就一个优良的环境,并且对繁荣经济、塑造和主要表现一个城市的夜间形象,构建崇高的文化氛围等也具备十分关键的实际意义。 伴随着现...
2022-10-05
景观亮化工程具有十分重要的意义

古建筑亮化工程这样才能呈现出独特的灯光效果

古建筑是历史和人文的积淀,其使用价值和夜景价值越来越受到重视。亮化工程将灯光与古建筑连接起来,以保持古建筑的初始外观。美丽的夜灯就像一种造型艺术,创造出这座城市最...
2022-08-05
古建筑亮化工程这样才能呈现出独特的灯光效果

城市照明规划要体现前瞻性和权威性

1. 突出特色。从实际出发,把握自然条件、地理环境、人文因素,以城市性质定品位,城市规模定尺度,历史文化见文野,自然环境凝风格。美化亮化城市,改善人居环境。 2. 抓住重点...
2022-07-15

热销商品

拷边机 包缝机内六角上针匙 开刀 上针内6角螺丝刀扳手 1.5 1.6

拷边机(包缝机)专用内六角上针匙及开刀工具,适用于精确调整机针位置与维护设备。配备1.5mm与1.6mm两种规格的内六角螺丝刀扳手,专为紧固或拆卸上针螺丝设计,确保机针安...
1.65

暗装开关插座面板单开双控一开五孔二三极USB快充肤感超薄家用4开

暗装开关插座面板,简约设计,完美融入家居环境。单开双控,轻松实现远程控制,方便实用。一开五孔,满足多种电器插孔需求;二三极USB快充,快速充电,高效便捷。超薄设计,节省空...
1.2

领普E3S/E5配套插座面板86型暗装插座多孔五孔空调无边框家用

领普E3S/E5配套插座面板86型暗装插座多孔五孔空调无边框家用,是一款专为现代家庭设计的多功能插座。该款插座采用86型设计,易于安装和适配各种家用电器,无论是台灯、...
11.9

不锈钢加厚镊子维修工具夹子圆头弯头防滑带齿止血烧烤夹茶杯水草

不锈钢加厚镊子维修工具夹子圆头弯头防滑带齿止血烧烤夹茶杯水草 这款不锈钢加厚镊子维修工具夹子是设计用于各种专业场合的多功能工具。它拥有一个厚实的手柄,确...
0.8

三色变光led筒灯2.5寸3W5瓦开孔6 7.5 8公分家用客厅嵌入式天花灯

三色变光LED筒灯,2.5寸精巧设计,功率可选3W/5W,适用于开孔直径6.7–8公分的家用嵌入式安装。采用高亮LED光源,支持暖光、自然光、白光三色切换,满足不同场景氛围需求。...
7.2

网站栏目