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电池|在这里学会如何选择最佳的开关式DC-DC转换器

电池|在这里学会如何选择最佳的开关式DC-DC转换器

利用电容、电感的储能的特性 ， 通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作 ， 将输入的电能储存在电容(感)里 ， 当开关断开时 ， 电能再释放给负载 ， 提供能量就是开关电源 。
其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关 。 开关电源可以用于升压和降压 。
DC-DC转换器是利用MOSFET开关闭合时在电感器中储能 ， 并产生电流 。 当开关断开时 ， 贮存的电感器能量通过二极管输出给负载 。 如下图所示：
三种典型的DC-DC变换器框图

所示三种变换器的工作原理都是先储存能量 ， 然后以受控方式释放能量 ， 从而得到所需要的输出电压 。 对某一工作来讲 ， 最佳的开关式DC-DC变换器是可以用最小的安装成本满足系统总体需要的 。
这可以通过一组描述开关式DC-DC变换器性能的参数来衡量 ， 它们包括：高效率、小的安装尺寸、小的静态电流、较小的工作电压、低噪声、高功能集成度、足够的输出电压调节能力、低安装成本 。
一、工作效率
①电感式DC-DC变换器：电池供电的电感式DC-DC变换器的转换效率为80%~85% ， 其损耗主要来自外部二极管和调制器开关 。
②无电压调节的电荷泵：为基本电荷泵(如TC7660H) 。 它具有很高的功率转换效率(一般超过90%) ， 这是因为电荷泵的损耗主要来自电容器的ESR和内部开关管的导通电阻(RDS-ON) ， 而这两者都可以做得很低 。
③带电压调节的电荷泵：它是在基本电荷泵的输出之后增加了低压差的线性调节器 。 虽然提供了电压调节 ， 但其效率却由于后端调节器的功耗而下降 。 为达到最高的效率 ， 电荷泵的输出电压应当与后端调节器调节后的电压尽可能接近 。
最佳选择是：无电压调节式电荷泵(在不需要严格的输出调节的应用中) ， 或带电压调节式电荷泵(如果后端调节器两端的压差足够小) 。
二、静态电流
①电感式DC-DC变换器：频率调制(PFM)电感式DC-DC变换器是静态电流最小的开关式DC-DC变换器 ， 通过频率调制进行电压调节可在小负载电流下使供电电流最小 。
②无电压调节的电荷泵：电荷泵的静态电流与工作频率成比例 。 多数新型电荷泵工作在150kHz以上的频率 ， 从而可使用1μF甚至更小的电容 。 为克服因此带来的静态电流大的问题 ， 一些电荷泵具有关闭输入引脚 ， 以在长时间闲置的情况下关闭电荷泵 ， 从而将供电电流降至接近零 。
③带电压调节的电荷泵：后端电压调节器增加了静态电流 ， 因此带电压调节的电荷泵在静态电流方面比基本电荷泵要差 。
最佳选择是：电感式DC-DC变换器 ， 特别是频率调制(PFM)开关式 。
三、最小工作电压
①电感式DC-DC变换器：电池供电专用电感式DC-DC变换器(如TC16)可在低至1V甚至更低的电压下启动工作 ， 因此非常适合用于单节电池供电的电子设备 。
②无电压调节的电荷泵/带电压调节的电荷泵：多数电荷泵的最小工作电压为1.5V或更高 ， 因此适合于至少有两节电池的应用 。
最佳选择是：电感式DC-DC变换器 。
四、产生的噪声
①电感式DC-DC变换器：电感式DC-DC变换器是电源噪声和开关辐射噪声(EMI)的来源 。 宽带PFM电感式DC-DC变换器会在宽频带内产生噪声 。 可采取提高电感式DC-DC变换器的工作频率 ， 使其产生的噪声落在系统的频带之外 。
【电池|在这里学会如何选择最佳的开关式DC-DC转换器】②无电压调节的电荷泵/带电压调节的电荷泵：电荷泵不使用电感 ， 因此其EMI影响可以忽略 。 泵输入噪声可以通过一个小电容消除 。

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