高效率升压转换器应用技巧谈

高效DC/DC转换器是所有便携式设计的基础。许多便携式电子应用被设计成采用单节AA或AAA电池工作，这给电源设计工程师提出了挑战。从850mV～1.5V的输入电压产生一个恒定的3.3V系统输出，要求同步升压DC/DC转换器能够在固定开关频率下工作，同时附带片上补偿电路，并且需要微型低高度电感和陶瓷电容，最好采用微型IC封装以减少它在设备设计中的总占位面积。

一个由薄型SOT IC封装和少量外部元器件组成的经过验证的电路设计，实现了一个仅占7×9mm²板面积的效率为90%的单电池到3.3V/150mA转换器。当在单电池输入(1.5V)下工作时，25mA～80mA之间的负载电流可能实现90%以上的效率。一个外部低电流肖特基二极管(虽然并不是必需的)将在较高输出电流下最大程度地提高效率。

这个电路设计集成了带额定电阻值为0.35Ω(N)且典型电阻值为0.45Ω(P)的低栅电极电压内部开关的高效DC/DC转换器。在整个工作温度范围内，开关电流限制一般为850mA，从而在新的碱性AA单节电池输入和两节电池输入时可分别实现0.66W和2.5W的输出功率。

电流模式控制提供出色的输入线路和输出负载瞬态响应。斜坡补偿(这是当占空比超过50%时用来防止分频谐波不稳定性所必需的)可以整合到转换器中，与电路一起保持恒流限制阈值，而不管输入电压是多少。

主要特性

先进电源管理IC设计的两个特性会影响其工作效率：内部反馈机制的集成和可在工作期间节省能量的节电模式的加入。增加的内部反馈回路补偿不再需要外部元器件了，从而降低了总成本，简化了设计过程。通过仅在需要时激活电源转换器以将输出电压调制保持在1%以内，节电工作模式提高了轻负载(I_LOAD < 3mA，典型值)时的转换器效率。一旦输出电压在进行调制，转换器会切换至睡眠状态，从而减少栅电荷损失和静态电流。不带节电模式的类似IC将被强制在整个工作范围内保持恒定的PWM，从而增加了静态电流。虽然在一些频率敏感的应用中恒频PWM可能会受欢迎，但它会降低总系统效率。

关断电流低于1mA，并且这个引脚上的磁滞允许对VIN进行简单的阻性上拉从而连续工作。还要注意，在关断过程中，VOUT保持低于VIN的未经过调制的600mV。当存储器或实时时钟必须在断电期间保持激活时，这个特性特别有用。可以通过更改分压器的电阻值轻松设定输出电压。

为了从电池电源获得最高功效，DC/DC转换器必须能够在1V以下的输入电压下工作，并提供范围在2.5V～5V之间的可调整输出电压。理想情况下，这种器件还将能够在低至0.65V的输入电压下继续工作，唯一的局限性在于输入电源提供足够功率的能力。

这个特性将消除对大的输入旁路电容的需要，从而节省了板空间、降低了成本。在低至0.65V的输入电压下工作的能力，是从电量接近耗尽的电池中获得更长使用寿命的重要特性。

以两个由单节电池供电的便携式设备为例，其电池使用寿命的比较表明，在理想测试条件下，电源管理IC在低压模式下工作的能力使其可比传统DC/DC转换器多提供六个多小时的电池使用寿命。工作寿命延长40%为终端产品提供了明显的优势。比较情况如图所示。

EMI抑制方法

当升压转换器在非连续模式下工作时(即功率传动周期开始之前，电感电流降至零时)，可能存在EMI问题。为了帮助降低电势参考点，在电感电流为零且器件处于关断状态时，可将一个100Ω的内部阻尼电路跨接在电感上。

EMI和总性能质量也会受PCB布局的影响。高速工作的低压输入器件需要格外注意线路板布局，特别是处于涉及N沟道和P沟道开关切换的工作周期期间的高电流通路。SW引脚、VIN引脚CIN、COUT和地之间的电流通路应短而宽，以形成最低的固有电阻损耗和最低的漏电感。

图1：能在低压模式下工作的电源管理IC(紫色)可比传统DC/DC转换器(红色)多提供6个多小时的电池使用寿命。

作者：Steven Chen

的现场应用工程师

Austriamicrosystems公司