用单一的电池来驱动5V负载,使用一个1.2A-96%的高效直流升压转换器方案

时间：2024-07-21 22:38:06

关键字：电池驱动直流转换器

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[导读]单电池电池(如锂离子/聚合物)的额定电压低于5V,不适合于5V逻辑应用(如为您的阿尔杜诺板供电)。此外,电池电压随时间的使用而下降.第一个解决方案可能是使用一个简单的LDO(低降线性调节器)或一个巴克/提升转换器。使用LDO的问题是,LDO适合于在低于电池的电压(如3.3伏)。同样地,一个巴克变换器是适合建立一个较低的电压.解决的办法似乎是使用直流-直流提升转换器,然而,当输入和输出之间的电压差很低,而电流处理,板尺寸和效率问题,一个简单的提升转换器不会解决这个问题。

单电池电池(如锂离子/聚合物)的额定电压低于5V,不适合于5V逻辑应用(如为您的阿尔杜诺板供电)。此外,电池电压随时间的使用而下降.第一个解决方案可能是使用一个简单的LDO(低降线性调节器)或一个巴克/提升转换器。使用LDO的问题是,LDO适合于在低于电池的电压(如3.3伏)。同样地,一个巴克变换器是适合建立一个较低的电压.解决的办法似乎是使用直流-直流提升转换器,然而,当输入和输出之间的电压差很低,而电流处理,板尺寸和效率问题,一个简单的提升转换器不会解决这个问题。

组件制造商试图通过引入专门设计用于此类应用的组件来解决这个问题。我在下面的文章中使用了一个微小的SOT23-6MP3120芯片设计了一个0.8V-5V到5V的DC-DC转换器。该变换器的开关频率固定在1.1MHZ,因此应遵循若干设计要求,以保证电路的稳定运行。该芯片的效率被评为高达96%,这是一个有趣的数字,如此高的开关频率。

电路分析

图1显示了设备的示意图。很明显,电路的核心是MP3120芯片,它能很好地容忍5V输入电压,输出也是5V。芯片不需要任何外部肖特基二极管,以降低电路板布局的复杂性。

图1:MP3120直流至直流转换器示意图

根据MP3120数据表 1:"MP3120是一种高效率的同步电流模式升幅转换器。该设备可以将单电池或双电池AA电池提升到5V。MP3120可以从低到0.8V的输入电压启动,并提供快速电流限制和输出短路保护。集成的P通道同步整流开关提供了更高的效率,消除了对外部肖特基二极管的需求。当en较低时,p-Mos将断开输出与输入的连接。此输出断开功能允许输出完全放电,从而允许零件在关闭模式下提取不到1UA的电流。1.1MHZ开关频率允许较小的外部组件;内部补偿和软启动最小化外部组件计数;所有这些都有助于为广泛的负载电流产生一个紧凑的解决方案。

MP3120的特点是集成电力MOSFET,支持最多5V输出和典型1.2A开关电流。该装置还可以保持输出电压调节,即使输入电压高于输出电压。"

制造商已经计算并公布了3.3伏输出电压的效率图(图2)。当输入电压为3V(红色曲线),输出电流在500MA左右时,芯片的性能最好。自然,接近最大输出电流,效率下降.当输入电压高于输出电压时,记录到的性能最差,这证实了该芯片的设计是为了有效地提升电池,而不是一个巴克转换器。

图2:MP3120效率图(产出:3.3V)

C2和C3是降低输入噪声和稳定转换器的旁路电容器。R1和C1建立一个RC缓冲电压,以保护IC1的内部MOSFET。C1、C5和C5是输出电容器,以减少噪音和稳定转换器。C2应尽可能靠近芯片。R3和R5以及反馈电阻。D1是一个0805LED显示在输出电压正确的存在.

多氯联苯布局

图3显示了设计的电路板布局。这是一个两层的电路板。我把电路板的底部层正好放在地上。上层的一些部分也被地面覆盖.重要的多氯联苯网(特别是那些携带大电流或连接长度应该最小的网)是用铜平面连接的,而不是多氯联苯轨道。这种技术使开关电流更容易地流动,从而减少了电磁干扰和输出噪声。