中心論題:
- 輸入電壓情況下,開關(guān)器件的驅(qū)動問題
- 輸入電壓情況下,升壓電路的啟動問題
- 輸入電壓情況下,最大占空比的問題
解決方案:
- 在DC/DC升壓電路采用直接從輸入供電或從輸出供電
- 在原有的DC/DC基礎(chǔ)上增加一個啟動電路
便攜式產(chǎn)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(shè)計上有減少使用電池數(shù)量及體積的趨勢,而電池數(shù)量如果減少了,就會導(dǎo)致電源電壓比設(shè)備所需要的工作電壓要低,這時就需要用到DC/DC升壓電路。另外,因為全球能源問題,各種各類的電池使用已備受關(guān)注了,其中包括太陽能電池。
一般單節(jié)太陽能電池最低電壓在0.4-0.7V之間,在這樣低的輸入電壓情況下,就會遇到以下三大問題:
開關(guān)器件的驅(qū)動問題
現(xiàn)在的DC/DC升壓電路一般有兩種供電方式,一種是直接從輸入供電,一種是從輸出供電。如果是從輸入供電則正常情況下驅(qū)動NMOS的高電平最多等于輸入電壓,當(dāng)輸入電壓很低時,需要選取開啟電壓也很低的NMOS,而如果是選擇輸出供電就可以在EXT驅(qū)動端獲得等于升壓后電壓的更高的驅(qū)動電壓,這樣不僅可以使NMOS更容易開啟,而且可獲得更低的Rdson來提高效率。當(dāng)然這些都是在IC啟動工作的前提下,但是當(dāng)電源電壓低于整個IC的啟動電壓時,后者由于會經(jīng)過一個二極管,甚至?xí)惹罢吒y以啟動,于是帶來一個問題,如何來啟動這顆IC?
升壓電路的啟動問題
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,DCDC的內(nèi)部電路不能正常工作。 這時,我們就需考慮在原有的DC/DC基礎(chǔ)上增加一個啟動電路。這個電路需要包括以下幾個主要部分:在低至0.3V仍然可以工作的振蕩器,充電泵倍壓電路,以及電壓檢測比較器。
基本工作狀況如下:首先0.3V接入,振蕩器工作,之后充電泵開始倍壓,當(dāng)?shù)玫剿枰腎C驅(qū)動電壓,則向IC的VDD供電,當(dāng)IC進(jìn)入正常工作后,再由輸出供電來代替啟動電路的供電,此時啟動電路進(jìn)入休眠。升壓電路正常工作后,人們會關(guān)心自己能得到的最高電壓是多少。這就引出另一個問題,最大占空比能到多少?
最大占空比的問題
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。
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時而輸出想要得到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。
理論上占空比越大,最大升壓能力越強(qiáng)(當(dāng)然占空比不能像降壓一樣到達(dá)100%),但由于非理想因素:電感寄生電阻、驅(qū)動管內(nèi)阻、肖特基正向壓降等等,占空比大到一定的程度后,其升壓能力反而會變差。因此需要改善以上非理想因素,得出一個合適的足夠高的占空比,來滿足我們升壓的需求。
總之,解決了上述的三個問題就可以使太陽能單節(jié)供電這樣需要超低電壓輸入啟動的升壓電路的設(shè)計的問題迎刃而解。