大功率全集成同步Boost升壓變換器,可優(yōu)化便攜式設(shè)備和電池供電應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2020-02-04 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】眾所周知,鋰離子電池能量密度高、重量輕、無記憶效應(yīng)、自放電小,在便攜式應(yīng)用領(lǐng)域中備受青睞。但是,由于大多數(shù)鋰離子電池的電壓范圍在 4.2V (完全充電) 至 3.0V (完全放電)之間,而后級(jí)電路的輸入電壓會(huì)高達(dá) 12V 或更高,因此在便攜式應(yīng)用中需要采用升壓拓?fù)浼呻娐?。市面上的便攜式應(yīng)用(例如藍(lán)牙音箱、快充移動(dòng)電源及便攜式 POS 機(jī)),所常用的 Boost 升壓產(chǎn)品有: 帶外部 MOSFET 的控制器方案,帶外部二極管的非同步 Boost 升壓變換器方案,或者輸入/輸出范圍有限的升壓方案。但以上解決方案,存在諸多缺點(diǎn):其占用空間大,組成部件多,效率也比較低,且在噪聲和可靠性方面拉低了整體產(chǎn)品的性能。
而 MPS 的產(chǎn)品 MP3432,其啟動(dòng)電壓低至 2.7V,工作輸入電壓范圍為 0.8V - 13V,輸出電壓卻高達(dá) 16V。MP3432 還集成了 2 個(gè)優(yōu)化的同步 MOSFET,其可調(diào)開關(guān)電流限值高達(dá) 21.5A,單節(jié)電池電壓轉(zhuǎn)換輸出功率高達(dá) 30W、具備輸入至輸出直通模式,還可兼容其他各種工作模式,在 QFN(3mmx4mm)封裝下具有很高的功率密度。
圖1:鋰離子電池便攜式應(yīng)用
尺寸小、功率密度高
通過采用 MPS 最新的工藝技術(shù)、先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)技術(shù)和封裝技術(shù),MP3432 集成了 6.5mΩ 和 10mΩ 低阻抗功率 MOSFET,無需使用體積大且低效的外部肖特基二極管。MP3432 在 4.2V 輸入電壓下可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 97% 的峰值效率,在主要工作范圍內(nèi)效率可達(dá) 85% 以上,并且具有極好的散熱性能(見圖 2 和圖 3)。
在 (3mmx4mmx0.9mm) QFN 封裝中,MP3432 的功率密度為 40.9kW/inch3,使其成為商用升壓變換器 30W 級(jí)別中功率密度最高的產(chǎn)品之一。而且,MP3432 采用恒定關(guān)斷時(shí)間控制(COT)方式,可提供快速瞬態(tài)響應(yīng)功能,減少輸出電容量,從而進(jìn)一步縮小了整體解決方案的尺寸。
更高的芯片性能和穩(wěn)定性
在電池供電藍(lán)牙音頻應(yīng)用中,不僅音頻質(zhì)量至關(guān)重要,電池壽命也十分關(guān)鍵。MP3432 中的 MODE 引腳能支持輕載跳頻模式( PSM) 、強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式(FCCM)和超音頻模式(USM)。MP3432 在跳頻模式下效率極高,在強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式(FCCM)下所產(chǎn)生的 VOUT 紋波也非常低,并且在超音頻模式(USM)下無音頻噪音。
通過采用可調(diào)開關(guān)峰值電流限,MP3432 可為不同應(yīng)用提供精確的過載保護(hù)。
其 ILIM 引腳上的電阻可以精確調(diào)節(jié)峰值電流限,請(qǐng)根據(jù)以下公式(1)計(jì)算出限流值:
(1)
其中 RILIM 為 ILIM 引腳上的電阻。MP3432 的峰值電流則是通過此電阻來進(jìn)行調(diào)節(jié)的,其調(diào)節(jié)范圍為 4A 至 21.5A。在每個(gè)周期內(nèi),內(nèi)部電流檢測電路可監(jiān)測低側(cè) MOSFET(LS-FET)電流信號(hào)。一旦檢測到電流達(dá)到設(shè)定電流限,LS-FET Q1 立即關(guān)斷(見圖4)。
圖4:MP3432 提供的精確輸入峰值電流限
可調(diào)峰值電流限能滿足諸多應(yīng)用的不同要求。如圖 5 所示,MP3432 可以在最大功率下對(duì)輸出電壓進(jìn)行快速充電,且當(dāng)輸出電壓躍至較高值時(shí),瞬態(tài)響應(yīng)不會(huì)發(fā)生過沖。
測試條件:VIN = 4.2V, Vout = 4.5V/1A→15V/1A, Ilimit = 10A
圖 5: MP3432 輸出電壓瞬態(tài)
通過將 MODE 引腳設(shè)置為低電平,MP3432 可在跳頻模式(PSM)下工作。在跳頻模式下,當(dāng) VIN 高于 VOUT_SET 時(shí),MP3432自動(dòng)進(jìn)入直通模式,此時(shí)高側(cè) MOSFET(HS-FET)恒通,LS-FET 關(guān)斷(見圖 6)。在 VIN 值高于 VOUT_SET 時(shí),直通模式可以防止 HS-FET 體二極管導(dǎo)通電流,以避免產(chǎn)生不必要的功率損耗。圖 7 顯示了沒有直通模式的類似設(shè)備中,VIN 大于 VOUT_SET 時(shí)的效果,以及依靠體二極管導(dǎo)通電流時(shí)的效果。
直通模式對(duì)藍(lán)牙音箱非常有用。Boost 升壓變換器的輸出電壓必須與藍(lán)牙音箱的音頻信號(hào)直接成正比。如果音頻信號(hào)很弱,輸出電壓必須降至較低甚至 VIN 值,才能降低功放電路的功率損耗以及節(jié)省 Boost 升壓開關(guān)功率損耗。然而,傳統(tǒng)解決方案僅支持高輸出 Boost 升壓開關(guān)模式。這樣的話,在音頻信號(hào)很弱時(shí),功放電路效率非常低且浪費(fèi)電池能量。如果在舊方案中把VOUT降低到輸入VIN電壓,依靠MOSFET的體二極管導(dǎo)通電流,其效率和散熱性能也不會(huì)很高,并且在高負(fù)載電流下,還可能會(huì)發(fā)生因體二極管的溫度升高而損壞功率 MOSFET 的最壞情況(見圖8)。但是 MP3432 可以采用直通模式,為其提供最優(yōu)效率的供電,且不存在高溫?zé)龎男酒瑔栴}。圖 9 中顯示了在沒有直通模式的另一個(gè)設(shè)備中,當(dāng) VOUT 降至等于 VIN 時(shí)的性能,以及體二極管工作時(shí)的性能。.
結(jié)論
MPS 的產(chǎn)品 MP3432 是電池供電系統(tǒng)中用于第一級(jí)的完美之選。MP3432 可以為便攜式應(yīng)用電池供電系統(tǒng)提供 30~40W 的功率,并且在待機(jī)和空閑模式下,能最大限度地降低功率損耗,同時(shí)能在非常低的電流水平下提供很高的效率,延長電池壽命和應(yīng)用運(yùn)行時(shí)間。MP3432在其全負(fù)載范圍以及全工作電壓范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)極好的性能,是市面上便攜式解決方案中效率最高、用途最廣的一套產(chǎn)品。
推薦閱讀:
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號(hào)和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車應(yīng)用識(shí)別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- 提前圍觀第104屆中國電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
- 大聯(lián)大世平集團(tuán)的駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)(DMS)方案榮獲第六屆“金輯獎(jiǎng)之最佳技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用”獎(jiǎng)
- X-CUBE-STL:支持更多STM32, 揭開功能安全的神秘面紗
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
音頻IC
音頻SoC
音頻變壓器
引線電感
語音控制
元件符號(hào)
元器件選型
云電視
云計(jì)算
云母電容
真空三極管
振蕩器
振蕩線圈
振動(dòng)器
振動(dòng)設(shè)備
震動(dòng)馬達(dá)
整流變壓器
整流二極管
整流濾波
直流電機(jī)
智能抄表
智能電表
智能電網(wǎng)
智能家居
智能交通
智能手機(jī)
中電華星
中電器材
中功率管
中間繼電器