便攜式產品一般都采用電池供電，而因為成本和體積方面的考慮，在設計上有減少使用電池數(shù)量及體積的趨勢。另外，亦因全球能源問題，各種各類的電池使用已備受關注了。當中包括太陽能電池及燃料電池。
而這樣就會影響到電源電壓比設備所需的工作電壓為低。這時候，就必須要追加升壓電路了。一般使用的是DC/DC升壓轉換器。
而在這超低輸入電壓的情況下，設計工程師就會面臨以下的難題：開關器件的驅動問題，升壓電路的啟動問題，最大占空比MaxDuty的問題。
在這三個主要問題上，究竟有沒有好的解決方法呢？答案是肯定的。以下，我們會一一探討。
開關器件的驅動問題
傳統(tǒng)DC/DC的工作電壓一般都在1.0V以上，而如果輸入電壓降到0.6V以下，DC/DC的內部電路不能正常工作。
以圖1為例，若開關DC/DC的驅動電壓取自輸入電源的話。當電源電壓低于DC/DC驅動電壓的時候，DC/DC便無法啟動。
圖1 驅動電壓取自輸入電源
那么，若如圖2所示，在輸出端取電又如何呢？
圖2 驅動電壓取自輸出電壓
同樣，當電源電壓低于DC/DC驅動電壓，DC/DC根本無法啟動及進行任何升壓動作。但是，若DC/DC一旦被啟動，整個電路便可持續(xù)動作了。
升壓電路的啟動問題
在這時候，又帶出了另外一個問題，就是在這樣低輸入電壓的情況下如何啟動這一顆DC/DC呢？
這時，我們就需考慮增加一個啟動電路，如圖3所示。
圖3 增加啟動IC的升壓電路的啟動
精工電子有限公司（SII）推出的S-882Z系列充電泵產品就能使這個問題迎刃而解。
S-882Z系列按放電開始電壓大小有4個品種：分別為1.8V、2.0V、2.2V及2.4V，在型號后綴中用18、20、22及24來區(qū)分。例如，S-882Z20是放電開始電壓為2.0V的充電泵。
該系列主要特點：
● 輸入電壓VIN范圍：
在Ta=-30～+60℃時為0.3～3.0V，
在Ta=-40～+85℃時為0.35～3.0V；
● 工作時的消耗電流在VIN=0.3V時為0.5mA（最大值）；
● 有關閉控制，在關閉狀態(tài)或稱休眠狀態(tài)時耗電小于0.6μA（VIN=0.3V）；
● 關閉控制電壓為放電開始電壓加0.1V（≤3.0V）；
● 內部振蕩器頻率350kHz；
● 外部僅接一個啟動電容（CCPOUT）；
● 小尺寸SOT-23-5封裝；
● 無鉛。
S-882Z的內部結構如圖4所示。
圖4 S-882Z內部結構框圖
下面，我們就來具體看看S-882Z的工作原理（見圖5）。
圖5 S-882Z的工作原理
1 對S-882Z系列的VIN端子輸入0.3V以上的電壓時，振蕩電路就可以開始工作，并從振蕩電路輸出CLK信號。
2 通過此CLK信號來驅動充電泵電路，并在充電泵電路中將VIN端子的電壓轉換為升壓電壓。
3 從充電泵電路輸出的升壓電壓，會緩慢地充電到與CPOUT端子相連接的啟動用電容器（CCPOUT）中，因此，CPOUT端子的電壓會緩慢地上升。
4 當CPOUT端子電壓（VCPOUT）達到放電開始電壓（VCPOUT1）以上時，轉換器（COMP1）的輸出信號就會從高電位轉變?yōu)榈碗娢弧Ｒ虼�，處�?ldquo;關”的狀態(tài)的放電控制開關（M1）會轉變?yōu)?ldquo;開”的狀態(tài)。
5 M1變?yōu)?ldquo;開”的狀態(tài)之后，CCPOUT處所充電的升壓電力會從OUT端子處開始放電。
6 由于放電，當VCPOUT降低到放電停止電壓（VCPOUT2）時，M1就會轉變?yōu)?ldquo;關”的狀態(tài)而停止放電。
7 當VM端子電壓（VVM）達到開/關控制電壓（VOFF）以上時，轉換器（COMP2）的輸出信號（EN-）就會從低電位轉變?yōu)楦唠娢�。因此，振蕩電路會停止工作，并轉變?yōu)樾菝郀顟B(tài)。
8 當VVM不能達到VOFF以上時，會利用來自充電泵電路的升壓電力來對CCPOUT進行再充電，并返回到（3）的工作。
S-882Z系列主要應用于太陽能電池、燃料電池等低壓電源的升壓；RF標簽內部的電壓升壓（如用于高速公路收費系統(tǒng)）；為間斷工作系統(tǒng)提供電源。
最大占空比MaxDuty的問題
對與超低輸入升壓電路來說，為了取得高的輸出電壓，必須要有大占空比的支持。占空比（Duty）的計算公式是：Duty=TON/（Ton+Toff）。
在連續(xù)電流模式下，占空比（Duty）的計算公式為Duty=1-Vin/Vout。按照這個公式來計算，如果是輸入0.5V時而輸出5V的升壓電路，最大占空比為90%，一般的升壓電路的占空比為80%～90%，這樣是不能完全滿足要求的。
對于這個問題，我們可以考慮采用SII的高倍率升壓DC/DC S-8337B，其最大占空比就能達到94%。S-8337B的主要特點：輸入電壓為1.8～6.0V；基準電壓為1.0～±1.5V；工作電流為0.5mA（max）；振蕩頻率為47～200kHz，能在外部設定；最大占空比為75%～94%，也可以外部設定；UVLO，軟啟動，外部相位補償設定；動作溫度范圍為-40～ +85℃；采用TSSOP8封裝。
S-8337B的結構框圖如圖6所示。
圖6 S-8337B結構框圖
完整的解決方案
一個超低電壓電源管理系統(tǒng)需要啟動電路和升壓電路的完美配合，用S-882Z系列配合S-8337B系列就能達到這個目標。圖7為利用SII的S-882Z24和S-8337BAJA構成的超低輸入電壓升壓電路，圖8為該電路在0.5V輸入情況下的效率曲線。
圖7 S-882Z24+S-8337BAJA構成的超低輸入電壓升壓電路
圖8 0.5V下的電路效率曲線
從圖8中可以看出，在這10倍升壓的情況下，而又需要達到200mA的輸出電流，該電路的輸出效率仍可達到80%以上，這已經(jīng)是一個具突破性的方案了。 |
