中心議題：

• 電池供電係統中DC－DC升壓調節器的應用

解決方案：

• 采用升壓調節器集成振蕩器
• 采用PWM控製環路和開關FET

便攜式電子器件（如智能手機、GPS導航係統和平板電腦）的電源可以來自低壓太陽能電池板、電池或AC-DC電dian源yuan。電dian池chi供gong電dian係xi統tong通tong常chang將jiang電dian池chi串chuan聯lian疊die置zhi以yi實shi現xian更geng高gao的de電dian壓ya
，但dan此ci技ji術shu由you於yu空kong間jian不bu足zu未wei必bi總zong是shi可ke行xing。開kai關guan轉zhuan換huan器qi使shi用yong電dian感gan磁ci場chang來lai交jiao替ti存cun儲chu電dian能neng
，並bing以yi不bu同tong電dian壓ya釋shi放fang至zhi負fu載zai。因yin為wei損sun耗hao很hen低di
，所suo以yi是shi個ge不bu錯cuo的de高gao效xiao選xuan擇ze。連lian接jie至zhi轉zhuan換huan器qi輸shu出chu端duan的de電dian容rong可ke降jiang低di輸shu出chu電dian壓ya紋wen波bo。本ben文wen所suo討tao論lun的de升sheng壓ya
，轉zhuan換huan器qi提ti供gong較jiao高gao電dian壓ya；而之前所討論的降壓轉換器提供較低輸出電壓。內置FET作為開關的開關轉換器稱為開關調節器，需要外部FET的開關轉換器則稱為開關控製器。

圖1顯示采用兩節串聯的AA電池供電的典型低功耗係統。電可用輸出範圍約為1.8 V至3.4 V,而IC工作時需要1.8 V和5.0 V 電壓。升壓轉換器可在不增加電池單元數量的情況下提升電壓，從而為WLED背光、微型硬盤驅動器
、音頻設備和USB外設供電，而降壓轉換器可為微處理器、內存和顯示器供電。

電感阻礙電流變化的傾向可提供升壓功能。充電時，電感用作負載並存儲電能；放電時，可用作電源。放電過程中產生的電壓與電流變化速率相關

，與原始充電電壓無關，因此可提供不同的輸入和輸出電平。

升壓調節器包括兩個開關
、兩個電容和一個電感，如圖2所示。非交疊開關驅動機製確保任一時間隻有一個開關導通，避免發生不良的直通電流。在第1階段（tON）
，開關B斷開
，開關A閉合。 ON電感連接到地，因此電流從VIN流到地。由於電感端為正電壓，因此電流增大
，使電能存儲於電感中。在第2階段（tOFF），開關A斷開，開關B閉合。電感連接到負載
，因此電流從VIN流到負載。由於電感端為負電壓
，因此電流減小，電感中存儲的能量釋放到負載中。 [page]
注意，開關調節器既可以連續工作，也可以斷續工作以連續導通模式 （CCM）
， 工作時，電感電流不會降至0;以斷續導通模式 （DCM）
，工作時，電感電流可以降至0. 電流紋波，在圖2中顯示為ΔIL 使用公式ΔIL = （VIN × tON）/L.計算。平均電感電流流入負載，而紋波電流流入輸出電容。
使用肖特基二極管代替開關B的調節器定義為異步 （或非同步）， 調節器，而使用FET作為開關B的調節器定義為同步調節器。圖3中
，開關A和B已分別使用內部NFET和外部肖特基二極管來實施

，從而形成異步升壓調節器。對於需要負載隔離和低關斷電流的低功耗應用，可添加外部FET,如圖4所示。將器件的EN引腳驅動至0.3 V以下便可關斷調節器，使輸入與輸出完全斷開。

現代低功耗同步降壓調節器以脈寬調製（PWM）為主要工作模式。PWM保持頻率不變，通過改變脈衝寬度（tON）來調整輸出電壓。輸送的平均功率與占空 D成正比，因此這是一種向負載提供功率的有效方式

例如
，所需輸出電壓為15 V,可用輸入電壓為5 V時：

D = （15 – 5）/15 = 0.67 or 67%.

由you於yu功gong耗hao降jiang低di
，輸shu入ru功gong率lv必bi須xu等deng於yu傳chuan遞di至zhi負fu載zai的de功gong率lv減jian去qu所suo有you損sun耗hao。假jia定ding轉zhuan換huan十shi分fen有you效xiao，則ze少shao量liang的de功gong率lv損sun失shi可ke在zai基ji本ben功gong耗hao計ji算suan中zhong省sheng略lve不bu計ji。因yin此ci輸shu入ru電dian流liu可ke近jin似si表biao示shi為wei：

例如
，如果負載電流在15 V時為300 mA,則5 V時IIN = 900 mA at 5 V-即輸出電流的三倍。因此，可用負載電流隨著升壓電壓增大而降低。
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升壓轉換器使用電壓或電流反饋來調節選定的輸出電壓；控製環路則可根據負載變化保持輸出調節。低功耗升壓轉換器的工作頻率範圍一般是600 kHz到2 MHz.開關頻率較高時，所用的電感可以更小，但開關頻率每增加一倍，效率就會降低大約2%.在ADP1612 和ADP1613升壓轉換器（參見附錄）中

，開關頻率可通過引腳選擇，最高效率下的工作頻率為650 kHz,最小外部器件的工作頻率為1.3 MHz.對於650 kHz的工作頻率

，將FREQ 連接至GND,而1.3 MHz的工作頻率則連接至VIN.

電(dian)感(gan)是(shi)升(sheng)壓(ya)調(tiao)節(jie)器(qi)的(de)關(guan)鍵(jian)器(qi)件(jian)
，它(ta)在(zai)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)導(dao)通(tong)期(qi)間(jian)存(cun)儲(chu)電(dian)能(neng)，而(er)在(zai)關(guan)斷(duan)期(qi)間(jian)通(tong)過(guo)輸(shu)出(chu)整(zheng)流(liu)器(qi)將(jiang)電(dian)能(neng)傳(chuan)輸(shu)至(zhi)輸(shu)出(chu)端(duan)。為(wei)了(le)在(zai)低(di)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)紋(wen)波(bo)與(yu)高(gao)效(xiao)率(lv)之(zhi)間(jian)取(qu)得(de)平(ping)衡(heng)，ADP1612/ADP1613 數據手冊建議電感值範圍為4.7 μH至22 μH.yibaneryan，jiaodizhidedianganzaigeidingshitichicunxiajuyougenggaodebaohedianliuhegengdidechuanliandianzu，erjiaodidediangandaozhijiaogaodefengzhidianliu
，kejiangdixiaolvbingzengjiawenbohezaosheng。tongchangzuihaozaiduanxudaotongmoshixiazhixingshengya

，yibiansuoxiaodianganchicunbinggaishanwendingxing。fengzhidiangandianliu（最大輸入電流加一半的電感紋波電流）必須小於電感的額定飽和電流；而調節器的最大直流輸入電流必須小於電感的電流有效值額定值。

升壓調節器主要規格和定義

輸入電壓範圍：升壓轉換器的輸入電壓範圍決定了最低的可用輸入電源。規格可能提供很寬的輸入電壓範圍，但輸入電壓必須低於 VOUT才能實現高效率工作。

地電流或靜態電流：未輸送給負載的直流偏置電流（Iq）。 Iq越低則效率越高，然而

， Iq 可以針對許多條件進行規定，包括關斷、零負載、PFM工作模式或PWM工作模式。因此
，為了確定某個應用的最佳升壓調節器，最好查看特定工作電壓和負載電流下的實際工作效率。

關斷電流： 這是使能引腳禁用時器件消耗的輸入電流
，低Iq對於電池供電器件在休眠模式下能否長時間待機很重要。

開關占空比：工作占空比必須小於最大占空比

，否則輸出電壓無法調節。例如， D = （VOUT – VIN）/VOUT. 時VIN= 5 V and VOUT = 15 V, D = 67%. ADP1612和ADP1613的最大占空比為90%.

輸出電壓範圍： 即器件可支持的輸出電壓範圍。升壓轉換器的輸出電壓可以是固定的，或者可利用電阻設定所需的輸出電壓來調節。

限流：升壓轉換器通常指定峰值電流限值而不是負載電流。請注意VIN and VOUT間的差異越大

，可用負載電流越低。峰值電流限值
、輸入電壓、輸出電壓
、開關頻率和電感值均會決定最大可用輸出電流。

線路調整率： 線路調整率是指輸出電壓隨輸入電壓變化而發生的變化率。

負載調整率： 負載調整率是指輸出電壓隨輸出電流變化而發生的變化率。

軟啟動：升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi具ju有you軟ruan啟qi動dong功gong能neng很hen重zhong要yao，啟qi動dong時shi輸shu出chu電dian壓ya以yi可ke控kong方fang式shi緩huan升sheng，從cong而er避bi免mian啟qi動dong時shi出chu現xian輸shu出chu電dian壓ya過guo衝chong現xian象xiang。某mou些xie升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi的de軟ruan啟qi動dong可ke通tong過guo外wai部bu電dian容rong調tiao節jie。隨sui著zhe軟ruan啟qi動dong電dian容rong充chong電dian
，它ta會hui限xian製zhi器qi件jian允yun許xu的de峰feng值zhi電dian流liu。憑ping借jie可ke調tiao軟ruan啟qi動dong功gong能neng可ke改gai變bian啟qi動dong時shi間jian以yi滿man足zu係xi統tong要yao求qiu。

熱關斷（TSD）：當結點溫度超過規定的限值時，熱關斷電路就會關閉調節器。一直較高的結溫可能由工作電流高
、dianlubanlengquebujiahuohuanjingwendugaodengyuanyinyinqi。baohudianlubaokuochizhi，yifangzhifashengreguanduanhou，qijianzaipianneiwendujiangzhiyushexianzhiyixiahoucaifanhuizhengchanggongzuozhuangtai

欠壓閉鎖（UVLO）：如果輸入電壓低於UVLO閾值，IC便bian自zi動dong關guan閉bi電dian源yuan開kai關guan並bing進jin入ru低di功gong耗hao模mo式shi。這zhe可ke以yi防fang止zhi低di輸shu入ru電dian壓ya下xia可ke能neng發fa生sheng的de工gong作zuo不bu穩wen定ding現xian象xiang，並bing防fang止zhi電dian源yuan器qi件jian在zai電dian路lu無wu法fa控kong製zhi它ta時shi啟qi動dong。

結束語

低功耗升壓調節器通過提供成熟計使開關的設DC-DC轉換器設設計變得簡單。