用于便攜式系統的降壓-升壓轉換器

　　第三種降壓-升壓控制方案通過(guò)消除降壓和升壓模式之間的過(guò)渡區而大大地改善了性能和效率。德州儀器公司的TPS63000降壓升壓轉換器包含先進(jìn)的控制拓撲，能消除傳統的降壓-升壓?jiǎn)?wèn)題。無(wú)論是什么工作條件，TPS63000在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內只有兩個(gè)開(kāi)關(guān)工作。因此可以在整個(gè)電池放電曲線(xiàn)上減少功率損耗，并保持高的效率。與某些解決方案不同的是，TPS63000集成了所有的補償電路，只需要三個(gè)外部元件，因此降低了方案的尺寸。

　　圖3橫向比較了四種鋰離子電池到3.3V轉換解決方案的電池放電曲線(xiàn)和運行時(shí)。這些解決方案分別是“級聯(lián)的降壓和升壓”、單降壓、LDO和TPS63000降壓-升壓轉換器。

　　圖3：鋰離子電池到3.3V解決方案的運行時(shí)。

　　其配置采用了滿(mǎn)充的18650鋰離子電池，容量為1650mAHr。負載電流設置為500mA，系統關(guān)斷的條件定義為在3.3V電壓軌掉到初始設置點(diǎn)下的5%處。每種配置都使用相同的電池，從而消除因為電池容量差異導致的數據偏差。正如預期的那樣，LDO的運行時(shí)間只有190分鐘，降壓-升壓拓撲獲得最長(cháng)的運行時(shí)間，為203分鐘，而級聯(lián)的降壓和升壓”解決方案運行時(shí)間最短，只有175分鐘。表1對實(shí)際系統中的幾種關(guān)鍵要素作了比較。

　　其它考慮

　　圖3的數據是根據恒定直流負載得到的。這是一種典型的平臺測試，但是在實(shí)際的應用中并不典型。為最大化便攜式應用的運行時(shí)，負載只是在需要時(shí)打開(kāi)，在不需要時(shí)關(guān)斷。顯示器、處理器和功率放大器就是負載的一些實(shí)例，會(huì )對系統電池產(chǎn)生顯著(zhù)的瞬態(tài)變化。這些負載變化會(huì )因為電池的內部源阻抗、保護電路以及分布總線(xiàn)阻抗而導致在電池總線(xiàn)上產(chǎn)生壓降。當在放電周期的末期發(fā)生負載的變化時(shí)，它們可以將電池電壓拖到3.3V以下。在采用降壓和LDO方案時(shí)，這會(huì )導致系統較早地關(guān)斷。而降壓-升壓解決方案可繼續工作在這些瞬態(tài)條件下，因此能延長(cháng)系統的工作時(shí)間。

　　負載瞬變在實(shí)驗室測試時(shí)表現得并不嚴重，但是在實(shí)際中會(huì )很糟糕。這是因為在150個(gè)充電/放電周期后，鋰離子電池的內部阻抗將倍增。與25攝氏度的工作溫度相比，0度的內部阻抗也會(huì )倍增。圖4顯示了當發(fā)生負載瞬變時(shí)鋰離子電池的內部總線(xiàn)電壓。降壓轉換器和降壓-升壓轉換器有很穩定的250mA負載，而電池總線(xiàn)被加上了一個(gè)500mA的瞬態(tài)負載，此時(shí)降壓轉換器輸出將下降到調節范圍之外—這會(huì )導致系統關(guān)閉。TPS63000降壓-升壓轉換器可以工作在這些瞬變條件下，輸出電壓不會(huì )改變。

　　圖4：鋰離子電池帶脈動(dòng)負載時(shí)的降壓與降壓-升壓性能比較。

　　表1比較了前面討論的四個(gè)鋰離子到3.3V轉換解決方案的關(guān)鍵要素。

　　表1：

　　結論

　　從鋰離子電池產(chǎn)生3.3V的方案中設計工程師有很多選擇。最佳的解決方案實(shí)際上取決于具體的系統要求。大多數系統會(huì )受益于降壓-升壓轉換器的優(yōu)點(diǎn)。工作時(shí)間最長(cháng)、體積小以及相對較低的成本才是大多數便攜式應用的最佳整體解決方案。

　　在選擇一個(gè)降壓-升壓轉換器時(shí)，需要注意不是所有的降壓-升壓轉換器都是一樣的。需要特別注意工作模式、在整個(gè)電池工作范圍內的效率以及整體解決方案的尺寸。