从升压转换器获得更长的电池寿命

ADP1612是一款低成本、高效率的升压转换器，工作频率为 1.3 MHz，非常适合需要体积小巧的消费电子电路。它有一个关断引脚，可将静态电流降至 2 μA 以下，并在低至 1.8 V 的输入电压下工作，非常适合电池供电的电子设备。但是，随着电池电压的下降，其峰值电流也会下降。如果电池需要在最后几个小时轻轻地处理，这可能是一个好处，但也可能导致在电池输入低的情况下驱动重负载时出现问题。自举克服了这个问题，并以高效率提供高输出电流，同时允许电池电压降至低得多的水平。

从升压转换器获得更长的电池寿命

图 1 显示了 ADP1612 的标准评估套件。添加了一个与电池输入串联的 200mΩ 电流检测电阻，以测量输入电流。在电路的电池输入端添加了一个大电解电容器，以平滑电感器的电流峰值，从而可以通过检测电阻器以高精度测量平均电池电流。电池电压是用数字电压表测量的，因此，可以通过将电池电压乘以输入电流来计算输入功率。将阻性负载添加到输出中，通过将输出功率除以输入功率来计算转换器的效率。

图 1：ADP1612 评估套件

探测开关节点可以告诉我们很多关于 DC-DC 转换器如何工作的信息。当 FET 导通时，电感电流上升，导致开关节点电压的底部与 FET 的导通电阻成比例上升。该电压越低，FET 的导通电阻越低，因此对于给定电流，FET 中的损耗越低。图 2 显示了非自举配置中的开关节点，电池电压为 2V。开关节点电压的底部显示出大约 180 mV 的峰值。

图 2：开关节点电压，2V 输入，非自举

将电池电压增加到 3 V 会得到图 3 所示的开关节点波形。在这里，我们注意到由于电池电压较高，占空比下降了，而且开关节点电压的低部分明显处于低电平，峰值约为 80 mV。但是，由于 3V 电池电压的 FET 电流低于 2V 电池电压的 FET 电流，因此很难看出导通电阻是否确实降低了。

图 3：开关节点电压，3V 输入，非自举

然后将图 1 中的电路转换为自举配置。自举涉及将ADP1612的 V IN引脚连接到输出电压。器件启动后，它由较高的输出电压供电，因此对 FET 产生较高的驱动，而 ADP1612 不知道电池电压电平。修改后的电路如图 4 所示。

图 4：从输出电压引导 V IN引脚

使能引脚可以连接到电池电压 V BATT或输出电压。如果电池电压低于约 1.7 V，则将其连接至电池电压会触发欠压锁定 (UVLO)，而将其连接至输出电压则允许 ADP1612 即使在电池电压降至远低于这个。

图 5 显示了非自举配置和自举配置的效率结果，电池电压为 2 V，测得的输出电压为 4.95 V。

图 5：非自举和自举 (b/s) 配置中 2V 输入的 ADP1612 的效率

自举配置的效率曲线由图 5 中的实线表示，并且在轻负载时明显较低。这主要是因为器件的静态电流（约 4 mA）现在来自输出电压，并有效地乘以因数

我们还可以看到，由于较高的 FET 驱动，当在低电池电压下运行时，自举电路开始为重负载电流（约 260 mA 以上）提供效率改进。

图 6 和图 7 显示了自举模式下开关节点电压的底部。需要注意的是，自举只会影响控制器 IC 的电源电压。它不影响电源路径（电感器和输出二极管）。因此，我们可以直接比较 2V 自举和非自举开关节点电压（图 6 和图 2）以及 3V 自举和非自举开关节点电压（图 7 和图 3） .

图 6：开关节点电压，2V 输入，自举

使用低电池电压进行自举具有明显的优势。使用 2V 电池电压时，非自举开关节点电压峰值为 180mV，而自举电路仅为 100mV，表明 FET 导通电阻较低，因此损耗较低。电池电压为 3 V 的自举电路似乎几乎没有改进（如果有的话），两个开关节点波形的峰值约为 80 mV。

图 7：开关节点电压，3V 输入，自举

你能走多低？

另一个有用的实验是查看在输出电压开始失去调节之前可以将电池电压降到多低。图 8 显示了自举模式和非自举模式之间的比较。

在非自举电路中，我们看到 UVLO 电路在电池电压低于约 1.7 V 时激活，如蓝色曲线所示。相比之下，图 4 中的自举电路将启用和 V IN引脚都连接到输出电压 (5 V)，从而消除了 UVLO 并允许电路运行到低得多的电压。但是，该电路无法从任何地方产生电力。ADP1612具有峰值电流限制；因此，负载电流越高，电池电压就需要越高，才能为固定峰值开关电流提供负载电流。因此，随着负载电流的增加，图 8 的红色曲线几乎呈线性增加。

最小工作电压由转换器的最大占空比决定，约为 90%。从方程

5V 输出和 90% 的最大占空比决定了 0.5V 的最小电池电压，这与图中显示的结果一致。

图 8：负载电流与最小输入电压

其他优点和缺点

自举配置也会对电路的启动电压产生影响。现在 ADP1612 的 V IN引脚由输出供电，电池电压需要比非自举电路高 1 个肖特基二极管压降。肖特基二极管上的电压降随电流变化，从大约 100 mV（电流为 50 μA 时）到更高电流时的 200 mV 以上。通过实验发现，非自举电路的启动电压约为1.75 V（等于UVLO阈值），而自举电路的启动电压升至1.95 V左右。

结论：你准备好了吗？开始工作

Nancy Sinatra 会感到自豪。* 自举可以应用于任何在启动时不会断开电池电压与输出的升压转换器。使用具有极低静态电流的器件可以减轻轻载效率较低的影响。较高的启动电压通常不是问题，因为电路通常不需要在电池没电的情况下启动。

如果电路的负载电流在其大部分操作中都很轻或电池电压很高，那么自举可能不会给您带来任何好处。但是，如果负载很重并且电路需要在电池电量耗尽的最后几分钟内继续运行，则值得考虑自举。

图 8 令人惊讶的是，非自举电路可以提供比电池电压高于 2.2 V 的自举电路更高的负载电流。这是因为 ADP1612 在自举模式下的静态电流更高，因为它是从输出电压运行。此外，ADP1612 的效率低于 100%，因此在给定负载电流下进一步增加了电路所需的输入电流。与非自举模式相比，这导致自举模式下所需的输入电压（约 150 mV）略高。如前所述，自举的好处对于更高的电池电压并不显着，更高的栅极驱动带来的优势不足以抵消自举电路中增加的静态电流所带来的增加的损耗。

　　审核编辑：汤梓红