摘要: 当使用一个锂离子电池时,升压转换器后跟LDO稳压器提供比经典SEPIC设计更好的电池寿命。用于升压+ LDO设计的MAX1800多通道数码相机电源IC和用于SEPIC设计的MAX668证明了这一点。
最近,使用锂离子电池为便携式设备供电已经变得司空见惯。使用锂离子电池的主要缺点之一是必须使用升压/降压DC/DC转换器来产生标准的3.3V电源电压。这是因为电池电压通常在2.7V到4.2V之间,与3.3V输出电压要求重叠。
有几种不同的拓扑可用于升压/降压转换器,最流行的是单端初级电感转换器(SEPIC)。另一个经常被忽视的选择是升压转换器,然后是低差(LDO)稳压器。由于采用线性稳压器作为降压函数,因此通常认为效率很差。然而,当使用单个锂离子电池制造3.3V时,该电路的效率可以超过等效SEPIC电路,并且具有更低的成本和更少的电路板空间。
图1显示了MAX1800五通道升压转换器的一部分。MAX1800包括一个同步整流升压转换器,三个升压转换器控制器和一个线性调节器控制器。在这个例子中,只讨论同步整流升压变换器和线性稳压器;但是,它也适用于类似的部件,如MAX1703、MAX1705和MAX1706。
图1所示、MAX1800升压/降压电路原理图
在典型的锂离子电池范围内,该电路对负载电流的效率如图2所示。正如预期的那样,由于LDO稳压器的损耗,4.2V的效率很差。
图2、MAX1800升压/降压效率
等效SEPIC电路如图3所示。采用MAX668升压控制器制作SEPIC电路。该电路比上面所示的MAX1800电路更复杂;然而,更重要的是,它需要单个耦合电感(变压器)或两个单独的电感以及耦合电容器。在所示的电路中,使用了一个耦合电感器。
图3、MAX668 SEPIC转换器原理图
SEPIC电路的效率如图4所示。SEPIC电路在升压模式下的效率低于MAX1800的升压+LDO电路,而在4.2V输入时效率更高。
图4、MAX668 SEPIC转换器效率
为了确定哪种电路可以延长电池寿命,我们使用索尼US18650这款典型锂离子电池的1C放电曲线来衡量效率曲线与电池在特定电压下使用的时间。电池放电曲线如图5所示,称重系数如表1所示。
图5、US18650电池1C放电曲线
电池电压 | 电池寿命% |
4.2 v | 8.6% |
3.6 v | 64.3% |
3.3 v | 12.1% |
3.0 v | 10.7% |
2.7 v | 4.3% |
使用上述数据和输入电压的称重因子的复合效率曲线如下所示。可以看出,升压+ LDO电路的峰值效率除低电流外均超过SEPIC。
图6、MAX1800和SEPIC对负载电流的综合效率
升压变换器的效率随后一个LDO调节器通常被认为是一个不令人满意的选择,因为从LDO的效率差的感知。然而,在典型电池电压接近调节输出电压的情况下,这种看法是不正确的,就像单个锂离子电池产生3.3V时发生的那样。从SEPIC电路切换到升压+ LDO电路可以提高效率,同时减小尺寸和成本,使其成为更好的解决方案。
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