应用笔记 1025

高效SEPIC开关调节器从多节电池获得3V电源


摘要 : 该设计笔记介绍了单端初级电感转换器(SEPIC)优于反激变压器和升压型线性稳压电路的特性,本文提供的SEPIC开关调节器能够在多节电池供电条件下,以78%的效率维持稳定的3.3V输出。本设计的优势在于利用一个简单的SEPIC电路即可在关断状态下不消耗任何电流,能够提供非常稳定的输出电压。本文重点介绍了MAX608升压型DC-DC控制器。

类似观点的文章发表在1996年11月21日的EDN上。

由2或3节电池产生3.3V输出对于设计工程师来说具有一定的挑战性。当电池满充时稳压电路必须具有降压特性,但是随着电池的放电还需要将其电压进行提升以便使输出稳定。对于这个难题的解决方案之一是采用反激变压器的设计,这就要求对于不同的负载情况选择不同的变压器匝数比以保证稳定的输出。

作为另一种选择,单端初级电感转换器(SEPIC)具有更为简单的电路形式(图1)。该电路能够以78%的效率产生3.3V、400mA输出。输入电压既可高于又可低于输出,由一个电容(C2)完成输出与开关主回路间的能量耦合。这种配置可提供反激变压器和升压线性调节电路所不具备的两个优点:关断状态下没有输出电流;当VIN电压变化经过VOUT电平时,VOUT输出保持良好的稳定。

图1. 当VIN在3.3V上下范围内变化时(以2或3节电池供电时的情况为例),这种SEPIC开关调节器能够将输出始终稳定在3.3V。
图1. 当VIN在3.3V上下范围内变化时(以2或3节电池供电时的情况为例),这种SEPIC开关调节器能够将输出始终稳定在3.3V。

该电路中的两只电感可以是两个独立的元件也可以是绕在同一磁芯上的两个绕组。其工作原理不同于变压器,因此不必去考虑耦合系数。电容C2、C3和C5应该具有较低的等效串联电阻以获得最佳效率。C2的额定电压必须大于最高输入电压,外部开关(Q1)的耐压值必须高于(VIN + VOUT)之和。

通过捕获Q1的开关脉冲,肖特基二极管D2可将V+端电压提升至(VIN + VOUT)。这样就提高了Q1的栅极驱动电压而使它引起的功耗降低,这对于较低的输入电压非常有利,但同时也限制了VIN的上限(最大12V)。输出电流在VIN = 2V时为300mA,VIN = 3V时为400mA,效率随负载电流的变化情况请参见图2

图2. 图1电路的效率接近于80%
图2. 图1电路的效率接近于80%