采用LDO的升壓轉(zhuǎn)換器超越SEPIC效率

升壓轉(zhuǎn)換器后接LDO穩(wěn)壓器，在采用一個(gè)鋰離子電池工作時(shí)，比經(jīng)典的SEPIC設(shè)計(jì)具有更長(zhǎng)的電池壽命。MAX1800多通道數(shù)碼相機(jī)電源IC用于升壓和LDO設(shè)計(jì)，MAX668用于SEPIC設(shè)計(jì)。

最近，使用鋰離子電池為便攜式設(shè)備供電已變得司空見慣。使用鋰離子電池的主要缺點(diǎn)之一是必須使用升壓/降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的3.3V電源電壓。這是因?yàn)殡姵仉妷和ǔＴ?.7V至4.2V之間，與3.3V輸出電壓要求重疊。

升壓/降壓轉(zhuǎn)換器有幾種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最常用的是單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器（SEPIC）。另一個(gè)經(jīng)常被忽視的選項(xiàng)是升壓轉(zhuǎn)換器，后接低壓差（LDO）穩(wěn)壓器。由于降壓功能使用線性穩(wěn)壓器，因此通常認(rèn)為效率較差。然而，當(dāng)由單個(gè)鋰離子電池產(chǎn)生3.3V電壓時(shí)，該電路的效率可以超過等效的SEPIC電路，并具有更低的成本和更少的電路板空間的額外好處。

圖1所示為MAX1800五通道升壓轉(zhuǎn)換器的一部分。MAX1800包括一個(gè)同步整流升壓轉(zhuǎn)換器、三個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器控制器和一個(gè)線性穩(wěn)壓控制器。在本例中，僅討論同步整流升壓轉(zhuǎn)換器和線性穩(wěn)壓器;但是，它也適用于類似的器件，如MAX1703、MAX1705和MAX1706。

圖1.MAX1800升壓/降壓電路原理圖

該電路在典型鋰離子電池范圍內(nèi)的效率與負(fù)載電流的關(guān)系如圖2所示。正如預(yù)期的那樣，由于LDO穩(wěn)壓器的損耗，4.2V時(shí)的效率很差。

圖2.MAX1800升壓/降壓效率

等效的SEPIC電路如圖3所示。它使用MAX668升壓控制器構(gòu)成SEPIC電路。該電路比上面所示的MAX1800電路更復(fù)雜;然而，更重要的是，它需要一個(gè)耦合電感器（變壓器）或兩個(gè)獨(dú)立的電感器以及一個(gè)耦合電容器。在所示電路中，使用耦合電感。

圖3.MAX668 SEPIC轉(zhuǎn)換器原理圖

該SEPIC電路的效率如圖4所示。SEPIC電路在升壓模式下的效率低于MAX1800的升壓+LDO電路，而4.2V輸入時(shí)的效率更高。

圖4.MAX668 SEPIC轉(zhuǎn)換器效率

為了確定哪種電路會(huì)導(dǎo)致更長(zhǎng)的電池壽命，使用典型鋰離子電池Sony US18650的1C放電曲線來權(quán)衡效率曲線與電池在該特定電池電壓下花費(fèi)的時(shí)間。電池的放電曲線如圖5所示，稱重系數(shù)如表1所示。

圖5.US18650電池1C放電曲線。

使用上述數(shù)據(jù)和輸入電壓的權(quán)衡因子的復(fù)合效率曲線如下所示?？梢钥闯?，升壓+LDO電路的峰值效率超過了SEPIC，但低電流除外。

圖6.MAX1800和SEPIC的復(fù)合效率與負(fù)載電流的關(guān)系

升壓轉(zhuǎn)換器后接LDO穩(wěn)壓器的效率通常被認(rèn)為是不令人滿意的選擇，因?yàn)長(zhǎng)DO的效率較差。然而，在典型電池電壓接近調(diào)節(jié)輸出電壓的情況下，這種看法是不正確的，例如從單個(gè)鋰離子電池產(chǎn)生3.3V電壓時(shí)。從SEPIC電路切換到升壓+LDO電路可提高效率，同時(shí)減小尺寸和成本，顯然是更好的解決方案。

審核編輯：郭婷