应用笔记 254

可满载启动的开关型转换器


摘要 : 本文介绍的启动电路由微处理器(µP)监控电路MAX809L和电荷泵组成,用于监视升压转换器的输出电压。高效升压控制器MAX608用于提升输出电压,电荷泵电路受监控电路MAX809L控制,用于在输出电压达到其稳压值时连接满负荷负载。

当采用2节或3节电池供电时,图1所示的升压转换器能够以稳定的5V输出供出高达500mA的电流。后端的启动电路,或称之为负载管制电路,在输出达到稳定之前,将负载断开。

图1. 为保证在满载下启动,这个标准升压转换器中的附加电路可在输出电压建立之前断开负载
图1. 为保证在满载下启动,这个标准升压转换器中的附加电路可在输出电压建立之前断开负载

IC1的V+端(引脚2)为芯片提供电源与反馈。这种自举工作方式(芯片由其自身的输出电压供电)能够保证系统在电源电压低至+1.8V时正常开启,除非同时还带有较重的负载。

正常操作要求栅极驱动电压足够高,以便使开关MOSFET具有较低的导通电阻。但在启动阶段,驱动电压被限制于电池电压。结果导致MOSFET过高的导通电阻会使转换器输出无法上升到预定电压。另一方面,如果仅当VOUT达到一定容限以后才将输出接向负载,MOSFET就可被完全打开,具有极小的导通电阻。

IC2中的的N沟道MOSFET额定参数为3.5A、12V,“完全导通”状态的导通电阻为0.05Ω。其中的#2器件(位于左边)被用作开关管,#1器件被用作高边负载开关。负载开关的栅极驱动电压由电荷泵(C4和双二极管D2)提供,而电荷泵由L1下端的开关节点来驱动。刚启动时,µP监控器(IC3)的复位输出(引脚2的低输出)可以阻止对C4充电。

然而,当IC3的引脚3电压上升到高于4.65V时,引脚2变高,使C4在开关节点每次变低时通过右边的二极管充电。每当节点变高后,C4上的电压加上输出电压,将MOSFET栅极(G1)提升到大约9.5V。该电平由于栅–源电容上的电荷而得到保持。启动时,电荷泵输出斜升到4.5V,然后,在IC3的RESET输出变高后上跳至9.5V。这时,高边开关才被打开并接通负载。

如果IC3的240ms上电延迟时间过长,可选用其它型号(如MAX821)的µP监控电路,以获得1ms、40ms或200ms的延迟时间。这个升压转换器为脉冲频率调制(PFM),因此要求一个接近5µA的最小负载,以确保转换器(同时也是电荷泵)断续地动作。实际应用中,该最小负载可由肖特基二极管(D1)的反相漏电流提供,但是如果D1选用了低漏电的非肖特基整流器(或者只是为了保证负载),可将R3降低到1MΩ。

图示电路具有超过80%的效率,对于2.0V的输入可提供250mA输出,而对2.7V的输入可供出500mA。Harris的MOSFET具有2.0V的最大VGS(TH),如果选用更低VGS(TH)的开关(如Temic的Si6946DQ),则电路的启动电压可低至1.8V (但Temic器件具有较高的RDS(ON))。

类似的设计思路发表于98年9月的Electronics World & Wireless World。