利用電容、電感的儲能的特性,通過可控開關(MOSFET等)進行高頻開關的動作,將輸入的電能儲存在電容(感)里,當開關斷開時,電能再釋放給負載,提供能量就是開關電源。
其輸出的功率或電壓的能力與占空比(由開關導通時間與整個開關的周期的比值)有關。開關電源可以用于升壓和降壓。
DC-DC轉換器是利用MOSFET開關閉合時在電感器中儲能,并產生電流。當開關斷開時,貯存的電感器能量通過二極管輸出給負載。如下圖所示:
三種典型的DC-DC變換器框圖
所示三種變換器的工作原理都是先儲存能量,然后以受控方式釋放能量,從而得到所需要的輸出電壓。對某一工作來講,jia的開關式DC-DC變換器是可以用小的安裝成本滿足系統總體需要的。
這可以通過一組描述開關式DC-DC變換器性能的參數來衡量,它們包括:率、小的安裝尺寸、小的靜態電流、較小的工作電壓、低噪聲、高功能集成度、足夠的輸出電壓調節能力、低安裝成本。
工作效率
①電感式DC-DC變換器:電池供電的電感式DC-DC變換器的轉換效率為80%~85%,其損耗主要來自外部二極管和調制器開關。
②無電壓調節的電荷泵:為基本電荷泵(如TC7660H)。它具有很高的功率轉換效率(一般超過90%),這是因為電荷泵的損耗主要來自電容器的ESR和內部開關管的導通電阻(RDS-ON),而這兩者都可以做得很低。
③帶電壓調節的電荷泵:它是在基本電荷泵的輸出之后增加了低壓差的線性調節器。雖然提供了電壓調節,但其效率卻由于后端調節器的功耗而下降。為達到高的效率,電荷泵的輸出電壓應當與后端調節器調節后的電壓盡可能接近。
jia選擇是:無電壓調節式電荷泵(在不需要嚴格的輸出調節的應用中),或帶電壓調節式電荷泵(如果后端調節器兩端的壓差足夠小)。
靜態電流
①電感式DC-DC變換器:頻率調制(PFM)電感式DC-DC變換器是靜態電流小的開關式DC-DC變換器,通過頻率調制進行電壓調節可在小負載電流下使供電電流小。
②無電壓調節的電荷泵:電荷泵的靜態電流與工作頻率成比例。多數新型電荷泵工作在150kHz以上的頻率,從而可使用1μF甚至更小的電容。為克服因此帶來的靜態電流大的問題,一些電荷泵具有關閉輸入引腳,以在長時間閑置的情況下關閉電荷泵,從而將供電電流降至接近零。
③帶電壓調節的電荷泵:后端電壓調節器增加了靜態電流,因此帶電壓調節的電荷泵在靜態電流方面比基本電荷泵要差。
jia選擇是:電感式DC-DC變換器,特別是頻率調制(PFM)開關式。
小工作電壓
①電感式DC-DC變換器:電池供電電感式DC-DC變換器(如TC16)可在低至1V甚至更低的電壓下啟動工作,因此非常適合用于單節電池供電的電子設備。
②無電壓調節的電荷泵/帶電壓調節的電荷泵:多數電荷泵的小工作電壓為1.5V或更高,因此適合于至少有兩節電池的應用。
jia選擇是:電感式DC-DC變換器。
產生的噪聲
①電感式DC-DC變換器:電感式DC-DC變換器是電源噪聲和開關輻射噪聲(EMI)的來源。寬帶PFM電感式DC-DC變換器會在寬頻帶內產生噪聲。可采取提高電感式DC-DC變換器的工作頻率,使其產生的噪聲落在系統的頻帶之外。
②無電壓調節的電荷泵/帶電壓調節的電荷泵:電荷泵不使用電感,因此其EMI影響可以忽略。泵輸入噪聲可以通過一個小電容消除。
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