标签: 电压转换器

ADI | 为什么电压转换器有助于提升电池效率和延长使用寿命 本文介绍如何在现有系统中添加nanopower转换器以延长器件的电池寿命，从而将电池运行时间延长多达20%。 采用电池供电的电路必须具备高能效，这样电池才能长时间持续供电。为此，应当选择节能型元器件并将其整合到系统中。电路中的构建模块越少，整个系统的能效就越高。图1所示的电水表就是一种电池供电设备。该系统采用 MAX32662 微控制器，仅有一个电源电压。输入电压介于1.71 V和3.63 V之间。 图1. 电池供电水表中集成固定电压稳压器的微控制器 微控制器可以直接由电池供电，电池根据温度和充电状态提供2 V至3.6 V的电压。电路中只需要很少的额外元件，因此可实现非常高的整体系统效率。然而，微控制器的电流消耗在很大程度上与实际电源电压无关。微控制器的工作电压是2 V还是3.6 V，对此IC都没有影响。 对于类似这样的情况，可以使用新型nanopower开关稳压器。此类开关稳压器可以将电池电压高效转换为较低值，例如2 V。nanopower开关稳压器在输出端为微控制器提供所需的电流，但电池侧电压越高，需要的电流越小。图2显示了添加高效nanopower开关稳压器 MAX38650后的水表电路。 图2. 添加nanopower稳压器 添加此IC后，可显著延长电池寿命。电池寿命可轻松延长20%或更多。由于影响参数众多，例如温度、峰值电流、传感器周期性关闭等，确切的节能效果因情况而异。这里起决定性作用的是添加的DC-DC转换器的静态电流。如果开关稳压器的能耗太大，预期的节能收益就会消失。 图3显示了一个采用MAX38650 nanopower稳压器的电路。买电子元器件现货上唯样商城。顾名思义，该IC的静态电流为纳安级。运行期间，开关稳压器仅消耗390 nA的静态电流。当DC-DC转换器可以关断时，它只需要5 nA的关断电流。这种nanopower电压转换器非常适合在类似图1所示的系统中实现节能。 图3. nanopower稳压器电路 如图3所示，电路仅需要少量无源外部元件。仅使用RSEL引脚上的一个电阻来设置输出电压，并未使用电阻分压器。电阻分压器会消耗相当多的电流，根据电压和电阻的不同，此电流可能大大超过MAX38650的静态电流。因此，该IC使用可变电阻，仅在电路接通时短暂检查此电阻。该IC通过以下方式检测设定点输出电压值：在接通期间的短时间内，使200 µA的电流流过该可变电阻。然后测量所产生的电压，并将其存储在IC内部。这意味着，在通过常规分压器运行期间不会有能量损失。 通过添加电压转换器，可以提高系统效率并延长电池续航时间。

一、正确理解DC/DC转换器 DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC转换器分为三类：升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。根据需求可采用三类控制。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM控制型即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点。PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。目前DC-DC转换器广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。在电路类型分类上属于斩波电路。 二、DC/DC转换器电路设计原理 DC-DC就是直流-直流变换，一般有升压(BOOST)、降压(BUCK型)两种。降压式DC/DC变换器的输出电流较大，多为数百毫安至几安，因此适用于输出电流较大的场合。降压式DC/DC变换器基本工作原理电路如下图所示。VT1为开关管，当VT1导通时，输入电压Vi通过电感L1向负载RL供电，与此同时也向电容C2充电。在这个过程中，电容C2及电感L1中储存能量。当VT1截止时，由储存在电感L1中的能量继续向RL供电，当输出电压要下降时，电容C2中的能量也向RL放电，维持输出电压不变。二极管VD1为续流二极管，以便构成电路回路。输出的电压Vo经R1和R2组成的分压器分压，把输出电压的信号反馈至控制电路，由控制电路来控制开关管的导通及截止时间，使输出电压保持不变。 图片说明：DC/DC变换器基本工作原理图 三、DC-DC电路设计要考虑以下条件： 1.外部输入电源电压的范围，输出电流的大小。 2.DC-DC输出的电压，电流，系统的功率最大值。 四、选择PWM IC要考虑的要点有： 1.PWM IC的最大输入电压。 2.PWM开关的频率，这一点的选择关系到系统的效率。对储能电感，电容的大小的选择也有一定影响。 3.MOS管的所能够承受的最大额定电流及其额定功率，如果DC-DC IC内部自带MOS,只需要考虑IC输出的额定电流。 4.MOS的开关电压Vgs大小及最大承受电压。 五、电感、二极管、电容的选择 1.电感量：大小选择主要由开关频率决定，大小会影响电源纹波;额定电流，电感的内阻选择由系统功耗决定。 2.二极管：通常都用肖特基二极管。选择时要考滤反向电压，前向电流，一般情况反向电压为输入电源电压的二倍，前向电流为输出电流的两倍。 3.电容：电容的选择基于开关的频率，系统纹波的要求及输出电压的要求。容量和电容内部的等效电阻决定纹波大小(当然和电感也有关)。 六、如何得到一个电源纹波相对较小、对系统其他电路干扰相对较小，而且相对稳定可靠的DC-DC电路，需要对以上电路的原理做如下修改： 1.输入部分：电源输入端需要加电感电容滤波。目的：由于MOS管的开关及电感在瞬间的变化会造成输入电源的波动，尤其是在系统耗电波动较大时，影响更为明显。 2.输出部分： (1)假定C2的选择的100uF是正确的，我们想得到更小的纹波，可以将100uF的电容改成两颗47uF的电容(基于相同类型的电容);如果100uF电容采用的是铝电解，可以在原来的基础上加一颗10uF的磁片电容或钽电容。 (2)在输出端再加一颗电容和一颗电容对原来的电源做一个LC滤波，会得到一个纹波更小的电源。 总之，DC-DC转换器为整个系统中的各个电路供电。只有掌握DC/DC转换器电路设计的技巧，把所有要考虑的因素考虑全面，才能提高系统的整体性能，达到各个电路的性能效果的体现。

一、正确理解DC/DC转换器 DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC转换器分为三类：升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。根据需求可采用三类控制。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM控制型即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点。PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。目前DC-DC转换器广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。在电路类型分类上属于斩波电路。 二、DC/DC转换器电路设计原理 DC-DC就是直流-直流变换，一般有升压(BOOST)、降压(BUCK型)两种。降压式DC/DC变换器的输出电流较大，多为数百毫安至几安，因此适用于输出电流较大的场合。降压式DC/DC变换器基本工作原理电路如下图所示。VT1为开关管，当VT1导通时，输入电压Vi通过电感L1向负载RL供电，与此同时也向电容C2充电。在这个过程中，电容C2及电感L1中储存能量。当VT1截止时，由储存在电感L1中的能量继续向RL供电，当输出电压要下降时，电容C2中的能量也向RL放电，维持输出电压不变。二极管VD1为续流二极管，以便构成电路回路。输出的电压Vo经R1和R2组成的分压器分压，把输出电压的信号反馈至控制电路，由控制电路来控制开关管的导通及截止时间，使输出电压保持不变。 图片说明：DC/DC变换器基本工作原理图 三、DC-DC电路设计要考虑以下条件： 1.外部输入电源电压的范围，输出电流的大小。 2.DC-DC输出的电压，电流，系统的功率最大值。 四、选择PWM IC要考虑的要点有： 1.PWM IC的最大输入电压。 2.PWM开关的频率，这一点的选择关系到系统的效率。对储能电感，电容的大小的选择也有一定影响。 3.MOS管的所能够承受的最大额定电流及其额定功率，如果DC-DC IC内部自带MOS,只需要考虑IC输出的额定电流。 4.MOS的开关电压Vgs大小及最大承受电压。 五、电感、二极管、电容的选择 1.电感量：大小选择主要由开关频率决定，大小会影响电源纹波;额定电流，电感的内阻选择由系统功耗决定。 2.二极管：通常都用肖特基二极管。选择时要考滤反向电压，前向电流，一般情况反向电压为输入电源电压的二倍，前向电流为输出电流的两倍。 3.电容：电容的选择基于开关的频率，系统纹波的要求及输出电压的要求。容量和电容内部的等效电阻决定纹波大小(当然和电感也有关)。 六、如何得到一个电源纹波相对较小、对系统其他电路干扰相对较小，而且相对稳定可靠的DC-DC电路，需要对以上电路的原理做如下修改： 1.输入部分：电源输入端需要加电感电容滤波。目的：由于MOS管的开关及电感在瞬间的变化会造成输入电源的波动，尤其是在系统耗电波动较大时，影响更为明显。 2.输出部分： (1)假定C2的选择的100uF是正确的，我们想得到更小的纹波，可以将100uF的电容改成两颗47uF的电容(基于相同类型的电容);如果100uF电容采用的是铝电解，可以在原来的基础上加一颗10uF的磁片电容或钽电容。 (2)在输出端再加一颗电容和一颗电容对原来的电源做一个LC滤波，会得到一个纹波更小的电源。 总之，DC-DC转换器为整个系统中的各个电路供电。只有掌握DC/DC转换器电路设计的技巧，把所有要考虑的因素考虑全面，才能提高系统的整体性能，达到各个电路的性能效果的体现。