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超低输入电压升压电路解决方案

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:698

  便携式产品一般都采用电池供电,而因为成本和体积方面的考虑,在设计上有减少使用电池数量及体积的趋势。另外,亦因全球能源问题,各种各类的电池使用已备受关注了。当中包括太阳能电池及燃料电池。

而这样就会影响到电源电压比设备所需的工作电压为低。这时候,就必须要追加升压电路了。一般使用的是dc/dc升压转换器。

而在这超低输入电压的情况下,设计工程师就会面临以下的难题。
1 开关器件的驱动问题。
2 升压电路的启动问题。
3 最大占空比maxduty的问题。

在这三个主要问题上,究竟有没有好的解决方法呢?答案是肯定的。以下,我们会一一探讨。

开关器件的驱动问题

传统dc/dc的工作电压一般都在1.0v以上,而如果输入电压降到0.6v以下,dc/dc的内部电路不能正常工作。

以图1为例,若开关dc/dc的驱动电压取自输入电源的话。当电源电压低于dc/dc驱动电压的时候,dc/dc便无法启动。

图1 驱动电压取自输入电源

那么,若如图2所示,在输出端取电又如何呢?

图2 驱动电压取自输出电压

同样,当电源电压低于dc/dc驱动电压,dc/dc根本无法启动及进行任何升压动作。但是,若dc/dc一旦被启动,整个电路便可持续动作了。

升压电路的启动问题

在这时候,又带出了另外一个问题,就是在这样低输入电压的情况下如何启动这一颗dc/dc呢?

这时,我们就需考虑增加一个启动电路,如图3所示。

图3 增加启动ic的升压电路的启动

精工电子有限公司(sii)推出的s-882z系列充电泵产品就能使这个问题迎刃而解。

s-882z系列按放电开始电压大小有4个品种:分别为1.8v、2.0v、2.2v及2.4v,在型号后缀中用18、20、22及24来区分。例如,s-882z20是放电开始电压为2.0v的充电泵。

该系列主要特点:

● 输入电压vin范围:
在ta=-30~+60℃时为0.3~3.0v,
在ta=-40~+85℃时为0.35~3.0v;
● 工作时的消耗电流在vin=0.3v时为0.5ma(最大值);
● 有关闭控制,在关闭状态或称休眠状态时耗电小于0.6μa(vin=0.3v);
● 关闭控制电压为放电开始电压加0.1v(≤3.0v);
● 内部振荡器频率350khz;
● 外部仅接一个启动电容(ccpout);
● 小尺寸sot-23-5封装;
● 无铅。

s-882z的内部结构如图4所示。

图4 s-882z内部结构框图


下面,我们就来具体看看s-882z的工作原理(见图5)。

图5 s-882z的工作原理

1 对s-882z系列的vin端子输入0.3v以上的电压时,振荡电路就可以开始工作,并从振荡电路输出clk信号。

2 通过此clk信号来驱动充电泵电路,并在充电泵电路中将vin端子的电压转换为升压电压。

3 从充电泵电路输出的升压电压,会缓慢地充电到与cpout端子相连接的启动用电容器(ccpout)中,因此,cpout端子的电压会缓慢地上升。

4 当cpout端子电压(vcpout)达到放电开始电压(vcpout1)以上时,转换器(comp1)的输出信号就会从高电位转变为低电位。因此,处于“关”的状态的放电控制开关(m1)会转变为“开”的状态。

5 m1变为“开”的状态之后,ccpout处所充电的升压电力会从out端子处开始放电。

6 由于放电,当vcpout降低到放电停止电压(vcpout2)时,m1就会转变为“关”的状态而停止放电。

7 当vm端子电压(vvm)达到开/关控制电压(voff)以上时,转换器(comp2)的输出信号(en-)就会从低电位转变为高电位。因此,振荡电路会停止工作,并转变为休眠状态。

8 当vvm不能达到voff以上时,会利用来自充电泵电路的升压电力来对ccpout进行再充电,并返回到(3)的工作。

s-882z系列主要应用于太阳能电池、燃料电池等低压电源的升压;rf标签内部的电压升压(如用于高速公路收费系统);为间断工作系统提供电源。

最大占空比maxduty的问题

对与超低输入升压电路来说,为了取得高的输出电压,必须要有大占空比的支持。占空比(duty)的计算公式是:duty=ton/(ton+toff)。

在连续电流模式下,占空比(duty)的计算公式为duty=1-vin/vout。按照这

  便携式产品一般都采用电池供电,而因为成本和体积方面的考虑,在设计上有减少使用电池数量及体积的趋势。另外,亦因全球能源问题,各种各类的电池使用已备受关注了。当中包括太阳能电池及燃料电池。

而这样就会影响到电源电压比设备所需的工作电压为低。这时候,就必须要追加升压电路了。一般使用的是dc/dc升压转换器。

而在这超低输入电压的情况下,设计工程师就会面临以下的难题。
1 开关器件的驱动问题。
2 升压电路的启动问题。
3 最大占空比maxduty的问题。

在这三个主要问题上,究竟有没有好的解决方法呢?答案是肯定的。以下,我们会一一探讨。

开关器件的驱动问题

传统dc/dc的工作电压一般都在1.0v以上,而如果输入电压降到0.6v以下,dc/dc的内部电路不能正常工作。

以图1为例,若开关dc/dc的驱动电压取自输入电源的话。当电源电压低于dc/dc驱动电压的时候,dc/dc便无法启动。

图1 驱动电压取自输入电源

那么,若如图2所示,在输出端取电又如何呢?

图2 驱动电压取自输出电压

同样,当电源电压低于dc/dc驱动电压,dc/dc根本无法启动及进行任何升压动作。但是,若dc/dc一旦被启动,整个电路便可持续动作了。

升压电路的启动问题

在这时候,又带出了另外一个问题,就是在这样低输入电压的情况下如何启动这一颗dc/dc呢?

这时,我们就需考虑增加一个启动电路,如图3所示。

图3 增加启动ic的升压电路的启动

精工电子有限公司(sii)推出的s-882z系列充电泵产品就能使这个问题迎刃而解。

s-882z系列按放电开始电压大小有4个品种:分别为1.8v、2.0v、2.2v及2.4v,在型号后缀中用18、20、22及24来区分。例如,s-882z20是放电开始电压为2.0v的充电泵。

该系列主要特点:

● 输入电压vin范围:
在ta=-30~+60℃时为0.3~3.0v,
在ta=-40~+85℃时为0.35~3.0v;
● 工作时的消耗电流在vin=0.3v时为0.5ma(最大值);
● 有关闭控制,在关闭状态或称休眠状态时耗电小于0.6μa(vin=0.3v);
● 关闭控制电压为放电开始电压加0.1v(≤3.0v);
● 内部振荡器频率350khz;
● 外部仅接一个启动电容(ccpout);
● 小尺寸sot-23-5封装;
● 无铅。

s-882z的内部结构如图4所示。

图4 s-882z内部结构框图


下面,我们就来具体看看s-882z的工作原理(见图5)。

图5 s-882z的工作原理

1 对s-882z系列的vin端子输入0.3v以上的电压时,振荡电路就可以开始工作,并从振荡电路输出clk信号。

2 通过此clk信号来驱动充电泵电路,并在充电泵电路中将vin端子的电压转换为升压电压。

3 从充电泵电路输出的升压电压,会缓慢地充电到与cpout端子相连接的启动用电容器(ccpout)中,因此,cpout端子的电压会缓慢地上升。

4 当cpout端子电压(vcpout)达到放电开始电压(vcpout1)以上时,转换器(comp1)的输出信号就会从高电位转变为低电位。因此,处于“关”的状态的放电控制开关(m1)会转变为“开”的状态。

5 m1变为“开”的状态之后,ccpout处所充电的升压电力会从out端子处开始放电。

6 由于放电,当vcpout降低到放电停止电压(vcpout2)时,m1就会转变为“关”的状态而停止放电。

7 当vm端子电压(vvm)达到开/关控制电压(voff)以上时,转换器(comp2)的输出信号(en-)就会从低电位转变为高电位。因此,振荡电路会停止工作,并转变为休眠状态。

8 当vvm不能达到voff以上时,会利用来自充电泵电路的升压电力来对ccpout进行再充电,并返回到(3)的工作。

s-882z系列主要应用于太阳能电池、燃料电池等低压电源的升压;rf标签内部的电压升压(如用于高速公路收费系统);为间断工作系统提供电源。

最大占空比maxduty的问题

对与超低输入升压电路来说,为了取得高的输出电压,必须要有大占空比的支持。占空比(duty)的计算公式是:duty=ton/(ton+toff)。

在连续电流模式下,占空比(duty)的计算公式为duty=1-vin/vout。按照这

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