大多数运用或子电路都需求在必定的电压容限规模供给恒压电源,以确保正常运转。电池驱动的运用(如无线传感器和个人手持设备)需求在电池放电且电压随之下降时经过电压转化来发作所需的输出电压。假如可用的电源轨不适合所需的输入电压,或许电压改变超出所需的容差规模,则由固定电源轨供电的运用(如光学模块、有线传感器、有源电缆或加密狗)也或许需求电压转化。
本文探讨了降压-升压转化器能否成为电压转化的抱负解决方案以及是否能够成为用于任何类型DC/DC电压转化的通用东西。
何时运用降压-升压转化器
一般来说,假如一个电路或子电路的可用电源电压低于所需电压,则升压转化器能够有用地将直流电压转化为更高的电压电平。假如可用的电源电压高于所需电压,则降压转化器会履行电压转化。
而降压-升压转化器适用于电源电压规模高于和低于所需输出电压的运用。降压-升压转化器由一个降压转化器和一个升压转化器组成,图1所示的框图更明晰地反映出了它的结构。
图1:降压-升压转化器框图
降压-升压转化器将降压转化器(图1中的绿色部分)与升压转化器(图1中的橙色部分)合并在同一结构中,然后能够有用地升高和下降输出电压。操控环路能够依据实践的输入电压和编程设定的输出电压来决议设备是否需求在降压或升压形式下运转。
例如,假定要使一个典型电压规模为4.2V到2.8V的锂离子电池供给3.3V的输出电压,假如运用降压转化器,那么电池的截止电压有必要大于3.3V,缺陷则是无法有用运用电池中存储的电能。而降压-升压转化器有助于充分运用电池的一切电能,因为当输入电压等于或低于3.3V时,降压-升压转化器还能够耗费存储的电能,如图2所示。
图 2:降压-升压转化器能够彻底耗尽电池的电能
将降压-升压转化器用作电压稳压器
降压-升压转化器的第二个常见用处是用作电压稳压器。假如电源轨有改变(如3.3V±10%改变),而负载需求更准确的调理电压(如3.3V±5%容差)时,那么就需求一个能够安稳电压的降压-升压转化器。假如元件对电源电压灵敏(例如光学模块中的跨阻放大器);
假如其他DC/DC预调理器在工业运用中调理不行紧密;或许假如电源途径中的其他元件(如电熔丝、负载开关或长电缆)依据电流添加电压改变,则或许需求更严厉地调理电压。只用升压转化器或降压转化器不能解决此问题。
但是,降压-升压转化器能够将不断改变的输入电压调理到所需的更严厉的限值。图3所示为TPS63802对快速±0.5 V/10 s线路做出的瞬态呼应,带有显着小于±0.1V输出电压下冲/过冲。
图3:TPS63802在VI = VO = 3.3V, ΔVI = ±0.5V时的
线路瞬态呼应
降压-升压转化器的其他运用
还有其他的原因挑选降压-升压转化器,而不是单纯地挑选降压转化器或升压转化器。其间一个原因是功率ORing。幻想一下婴儿监控器这样的设备,它由一个5V的USB壁式适配器或两块AA主电池供电,电压改变规模为3V(电池簇新时)至1.6 V(电池耗尽时)。
只要降压-升压转化器能够承受从5V(壁式适配器)到1.6V(未衔接壁式适配器且电池已耗尽)的宽输入电压规模,而且依然为体系发作3.3V电源轨。除了降压-升压转化器,您只需求两个外部二极管就可防止从壁式适配器流向电池的穿插电流,并在拔出壁式适配器时无缝切换到电池。
降压-升压转化器的约束
当输入电压挨近输出电压时,降压-升压转化器的内部操控环路一般被规划成能够在降压和升压形式之间不断切换。这样的运转方法能够让人承受,但仍具有一些缺陷:形式切换或许会发作不同的开关频率、更高的输出电压纹波和更多的电磁搅扰(EMI)。第二个负面影响便是此刻的功率或许略有下降。
为了防止形式切换的负面影响,能够寻觅具有专用的降压升压形式、且可使输出电压纹波保持在低水平的设备。例如,TI新推出的TPS638xx系列降压-升压转化器,其降压-升压形式和磁滞特性可防止在易滤除的噪声频谱和较低的EMI之间发作切换。
能否处理一切类型的电压转化
因为降压-升压转化器“包括”一个降压转化器和一个升压转化器,能够用它来进行DC/DC电压转化。所以从这个视点来说,答案是必定的。但仍需考虑更多细节。表1说明晰给定的输入电压规模与所需的输出电压,以及降压转化器、升压转化器或降压-升压转化器能否成为超卓的解决方案。
表1:DC/DC转化拓扑概述
让我们回到最开端的问题:是否存在完成DC/DC电压转化的通用东西?其实并不确认。当不需求降压-升压转化器时,致力于大容量产品开发的模仿规划人员将更喜爱专用升压或降压转化器的功能优化。但是,致力于小体积产品开发的规划师或许会以为,某些方面的取舍是值得考虑的。
选用降压-升压转化(到降压-升压、降压和升压)能够带来以下优点:
跨项目扩展,不只节省时间,还能够下降规划危险。
能够不同DC/DC转化器的数量削减到一个易于运用的降压-升压转化器的列表中。
能够简化收购程序,削减库存的复杂性,进步价格杠杆作用和供给安稳性。
降压-升压能够在关机期间断开负载与电源的衔接,而其他拓扑或许需求额定的负载开关。