常用的DC-DC轉(zhuǎn)換器有兩種類型:電容儲(chǔ)能電荷泵(Charge Pump)和電感儲(chǔ)能DC-DC轉(zhuǎn)換器。
電荷泵
電荷泵為容性儲(chǔ)能DC-DC產(chǎn)品,可以進(jìn)行升壓,也可以作為降壓使用,還可以進(jìn)行反壓輸出。
電荷泵消除了電感器和變壓器所帶有的磁場(chǎng)和電磁干擾。
工作原理
電荷泵是通過(guò)外部一個(gè)快速充電電容(Flying Capacitor),內(nèi)部以一定的頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān),對(duì)電
容進(jìn)行充電,并且和輸入電壓一起,進(jìn)行升壓(或者降壓)轉(zhuǎn)換,最后以恒壓輸出。以升壓型為
例,首先上圖中S1、S4導(dǎo)通,S2、S3截止,輸入電源對(duì)C1充電到電壓V;然后斷開(kāi)S1、S4,導(dǎo)
通S2、S3,C1的電荷傳送到C2,再疊加輸入電壓,輸出電壓2V ,從而實(shí)現(xiàn)倍壓輸出。
電荷泵應(yīng)用
在我們的設(shè)計(jì)中,電荷泵經(jīng)常被用作白光LED驅(qū)動(dòng),一般在手機(jī)中應(yīng)用于并聯(lián)LCD背光驅(qū)動(dòng)芯片。
而串聯(lián)背光驅(qū)動(dòng)芯片則應(yīng)選擇電感式的DC/DC,因?yàn)樗鼘?duì)電壓要求較高。
電荷泵要點(diǎn)
選用電荷泵時(shí)考慮以下幾個(gè)要素:
· 轉(zhuǎn)換效率要高
· 靜態(tài)電流要小,可以更省電;
· 輸入電壓要低,盡可能利用電池的潛能;
· 噪音要小,對(duì)手機(jī)的整體電路無(wú)干擾;
· 功能集成度要高,提高單位面積的使用效率,使手機(jī)設(shè)計(jì)的更小巧;
· 足夠的輸出調(diào)整能力,電荷泵不會(huì)因工作在滿負(fù)荷狀態(tài)而發(fā)燙;
· 封裝尺寸小是手持產(chǎn)品普遍要求;成本低,包括周邊電路少占PCB板面積小,走線少而簡(jiǎn)單;
· 具有關(guān)閉控制端,可在長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)狀態(tài)下關(guān)閉電荷泵,使供電電流消耗近乎為0。
電感式
它是通過(guò)電感不斷的儲(chǔ)能/放電,最后達(dá)到穩(wěn)定電壓/電流輸出的轉(zhuǎn)換器。根據(jù)輸出電壓與輸入電壓
的高低比較,可以分為boost(輸出電壓遠(yuǎn)高于輸入電壓)、buck(輸出電壓低于輸入電壓)及Buck-Boost,
它們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同。
工作原理
下圖降壓轉(zhuǎn)換器最基本的電路:是利用MOSFET開(kāi)關(guān)閉合時(shí)在電感器中儲(chǔ)能,并產(chǎn)生電流。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷
開(kāi)時(shí),貯存的電感器能量通過(guò)二極管輸出給負(fù)載。 輸出電壓值與占空比(開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)間與整個(gè)開(kāi)關(guān)周期
之間的比 )有關(guān)。
下圖升壓轉(zhuǎn)換器最基本的電路:是利用MOSFET開(kāi)關(guān)閉合時(shí)在電感器中儲(chǔ)能,并產(chǎn)生電流。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷
開(kāi)時(shí),貯存的電感器能量疊加輸入電壓通過(guò)二極管輸出給負(fù)載,實(shí)現(xiàn)大于輸入電壓的輸出, 輸出電壓
值與占空比(開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)間與整個(gè)開(kāi)關(guān)周期之間的比)有關(guān)。
下圖升降壓轉(zhuǎn)換器最基本的電路:升降壓轉(zhuǎn)換器是升壓DC-DC與降壓DC-DC結(jié)合;輸入電壓低于輸出
電壓,執(zhí)行升壓動(dòng)作;輸入電壓高于輸出電壓,執(zhí)行降壓動(dòng)作。
電感儲(chǔ)能DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)需求可采用三類控制類型:
1)PWM(脈沖寬度調(diào)制方式):開(kāi)關(guān)脈沖的頻率一定,通過(guò)改變脈沖輸出寬度,使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定。
PWM控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。
2)PFM(脈沖頻率調(diào)制方式):開(kāi)關(guān)脈沖寬度一定,通過(guò)改變脈沖輸出的頻率,使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定。
PFM控制型即使長(zhǎng)時(shí)間使用,尤其小負(fù)載時(shí)具有耗電小的優(yōu)點(diǎn)。
3)同時(shí)使用PFM和PWM這兩種不同調(diào)制方式,PWM/PFM轉(zhuǎn)換型小負(fù)載時(shí)實(shí)行PFM控制,
且在重負(fù)載時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到PWM控制。
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