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升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器SP6644/6645及其應(yīng)用

時(shí)間:2023-02-20 22:51:26 電子通信論文 我要投稿
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升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器SP6644/6645及其應(yīng)用

摘要:SP6644/6645是Spice公司生產(chǎn)的一種性價(jià)比極高的低功耗壓升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器。該器件可廣泛應(yīng)用于傳呼機(jī)、遙控裝置、定點(diǎn)設(shè)置、醫(yī)療監(jiān)視器等低功耗便攜式終端產(chǎn)品的電源系統(tǒng)中。文中介紹了SP6644//6645的一般結(jié)構(gòu)、使用技巧及其性能特點(diǎn),給出了SP6644/6645典型應(yīng)用電路及外接元件的參數(shù)選擇方法。
  關(guān)鍵詞:DC-DCSP6644/6645低功耗升壓PFM
  
  1引言
  
  目前,各類小功耗消費(fèi)電子產(chǎn)品及便攜式儀器儀表已得到廣泛的應(yīng)用,其中電源構(gòu)成是其整體設(shè)計(jì)中極為關(guān)鍵的一環(huán)。對(duì)此類電源的設(shè)計(jì)除要求有特定的輸入輸出電壓電流等級(jí)外,還需要其具有噪聲低、紋波小、體積小、效率高以及一定的抗干擾和抗電磁兼容等特性,同時(shí),還往往要求其能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地工作。
  
  SP6644/6645是Spice公司生產(chǎn)的一種高效、低功耗升壓型DC-DC變換器,它是目前僅有的能適用于采用一個(gè)堿性電池供電的性價(jià)比極高的轉(zhuǎn)換器。因而在諸如傳呼機(jī)、遙控裝置、定點(diǎn)設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)視器等低功耗便攜式終端產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。SP6646/6645采用μSOIC微小封裝,只需很少的外圍元件即可將一節(jié)電池的電壓從0.98~1.5V提升至2~5.5V,而且具有紋波上、效率高、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn),能很好地滿足低壓類升壓器件的市場(chǎng)需求。
  
  圖1SP6644/6645內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖
  
  2結(jié)構(gòu)與工作原理
  
  SP6644/6645的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示,該裝置內(nèi)含一個(gè)0.8Ω的同步整流器和一個(gè)0.5Ω的N溝道MOSFET功率開關(guān),同時(shí)帶有內(nèi)部參考電壓、PFM(脈沖頻率調(diào)制)電路及低電壓比較器。SP6644/6645管腳功能如下:
  
  VBATT:電池電源輸入端,該引腳在IC內(nèi)部和低電壓比較器的輸入端相連接。
  
  BATTLO:漏極開路低電池輸出端。當(dāng)SP6644(SP6645)的輸入電壓低于1V(2V)時(shí),此引腳具吸收電流的作用。
  
  RLIM:電感峰值電流編程端在此端連接一個(gè)電阻可對(duì)電路中的電感峰值電流進(jìn)行編程設(shè)定。
  
  SHDN:低電平有效關(guān)機(jī)輸入端。
  
  FB:反饋輸入端。
  
  LX:N溝道MOSFET開關(guān)漏極和P溝道同步整流器漏極通過(guò)此引腳經(jīng)一電感與VBATT相連。
  
  GND,VOUT:分別為接地腳和電壓輸出端。
  
  2.1內(nèi)部自益放大電路
  
  SP6644/6645內(nèi)部的低電壓?jiǎn)?dòng)振蕩器可將輸出電壓抬升至1.9V以使主DC-DC轉(zhuǎn)換器正常工作,當(dāng)電池供電電壓較低時(shí),電路可在輕載情況下啟動(dòng)。如當(dāng)輸入電壓小于1V時(shí),可適當(dāng)減少負(fù)載以確保電路啟動(dòng)。一旦啟動(dòng)成功,即使電池電壓降至初始啟動(dòng)電壓以下,輸出電壓仍可維持負(fù)載的正常運(yùn)行。啟動(dòng)振蕩器由VBATT供電,以驅(qū)動(dòng)一充電電荷泵和NMOS開關(guān)。在啟動(dòng)過(guò)程中,P溝道同步整流器保持關(guān)斷狀態(tài),其內(nèi)部、外部二極管均用作輸出整流器。
  
  2.2BATTLO電路
  
  SP6644內(nèi)含一個(gè)電壓比較器,其作用是進(jìn)行低電池檢測(cè)。若VBATT降至1V以下,BATTLO引腳將會(huì)吸收電流,此時(shí)BATTLO為漏極開路輸出。SP6645以同樣的方式工作,其門限電壓為2V。
  
  2.3SP6644的關(guān)斷
  
  將SHDN引腳設(shè)置為邏輯低電平可使SP6644進(jìn)入關(guān)機(jī)模式,在此模式下,BATTLO進(jìn)入高阻狀態(tài),內(nèi)部開關(guān)MOSFET關(guān)斷,同時(shí)同步整流器也關(guān)斷以阻止反向電流從輸出流至輸入端。若要禁止關(guān)斷,應(yīng)將SHDN與VBATT相連。
  
  2.4電池反置保護(hù)
  
  SP6644/SP6645在組件功耗限制內(nèi)允許單電池反置。內(nèi)部二極管可將任何反向電流限制在220mA以內(nèi),以避免對(duì)裝置的損壞。但反向電流持續(xù)工作在220mA以上的,將會(huì)降低設(shè)備的工作性能。
  
  2.5PFM電路
  
  脈沖頻率調(diào)制(PFM)電路可提供比傳統(tǒng)脈寬調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器更高的工作效率。
  
  3SP6644/6645的主要性能指標(biāo)
  
  SP6644/6645的主要性能參數(shù)如下:
  
  工作溫度:-40~+85℃;
  
  典型工作效率:88%;
  
  
  
  
  典型功耗:390mW;
  
  啟動(dòng)輸入電壓:0.82V;
  
  輸入電壓范圍:0.3~3.3V或3.3V±4%;
  
  輸出電壓范圍:2.0~5.5V;
  
  典型輸出電流:190mA;
  
  關(guān)機(jī)模式控制電流:5mA。
  
  4應(yīng)用電路和參數(shù)設(shè)計(jì)
  
  4.1輸出為+3.3V的典型電路
  
  SP6644/6645應(yīng)用電路如圖2所示。將FP直接接地可命名輸出電壓固定工作在+3.3V±4%。該設(shè)計(jì)的外圍電路很簡(jiǎn)單,它僅有5個(gè)器件,即兩個(gè)電容,一個(gè)電感及兩個(gè)電阻。其中電阻RLIM連接RLIM引腳與地之間,電感接到引腳VBATT和LX,這兩個(gè)外圍元件對(duì)此電路的工作起著至關(guān)重要的作用。
  
  SP6644/6645存在兩種工作狀態(tài):第一種為電池良好,負(fù)載激活;第二種為電池良好,負(fù)載休眠。在第一種工作狀態(tài)下,SP6644/6645的工作效率為88%,可驅(qū)動(dòng)幾十個(gè)毫安的電流,在第二種工作狀態(tài)下,SP6644/6645具有極小的靜態(tài)電流。處于禁止?fàn)顟B(tài)時(shí),可驅(qū)動(dòng)幾百個(gè)微安的電流。
  
  4.2輸出電壓可調(diào)應(yīng)用電路
  
  圖3所示是用SP6644/6645設(shè)計(jì)的輸出電壓可調(diào)的應(yīng)用電路。圖中,將FB或VOUT和地之間的分壓器相連,通過(guò)R1和R2可使輸出電壓在+2V~+5.5V范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。FB腳可通過(guò)內(nèi)部參考電壓設(shè)定在+1.25V。
  
  由于FB腳的泄漏電流最大可達(dá)10nA,因而設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在100kΩ~1MΩ范圍內(nèi)選擇反饋電阻,輸出電容一般在470μF,輸入電容為220μF,并應(yīng)選用低ESR電容,同時(shí)應(yīng)使輸入電容盡量靠近SP6644/6645。
  
  4.3可減小輸入干擾和紋波的應(yīng)用電路
  
  在SP6644/6645的輸出端加裝一小型SOT23腳封裝的200mA低漏失線性調(diào)節(jié)器,可起到減小輸出干擾和紋波的作用,其應(yīng)用電路如圖4所示。
  
  通過(guò)對(duì)圖5中SP6644的輸出紋波(40~50mVpp)與SP6201輸出紋波(3mVpp)進(jìn)行比較,可見(jiàn)此應(yīng)用電路大大減小輸出紋波的干擾量。
  
  5結(jié)論
  
  實(shí)驗(yàn)表明:只要在設(shè)計(jì)過(guò)程中按照要求解決好電感和相應(yīng)電阻的匹配選擇,SP6644/6645即可穩(wěn)定工作,而且輸出電壓電流波形平滑,轉(zhuǎn)換效率很高。另外,由于其體積很小,因而可以方便地在節(jié)能模式下工作,且其性價(jià)比較高,因此,SP6644/6645在便攜式單電池供電儀器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
  
  
  
  

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