【導讀】自舉這項技術適用于大部分升壓轉換器，可以在轉換器的電壓降低時保持驅動重負載。許多便攜式設計要求升壓轉換器將低電池電壓轉換為更高電壓，但是，隨著電池電壓逐漸衰減，對升壓轉換器FET的驅動力會降低，有時候會降低傳輸?shù)捷敵龅碾娏?。自舉技術克服了這一問題，不但延長了電池使用壽命，還增強了在驅動重負載時的效率。
這些升壓轉換器專為提高效用而設計
ADP1612 是一款低成本高效率升壓轉換器，采用1.3 MHz，非常適合必須保持尺寸小巧的消費電子電路。其中內置關斷引腳，可以將靜態(tài)電流降低至低于2 μA，并以低至1.8 V的輸入電壓運行，因此非常適合電池供電的電子器件。但是，隨著電池電壓降低，其峰值電流也會下降。如果在電池使用的最后幾小時內，需要平 緩處理，這是有利的，但是，在以低電池輸入電壓驅動重負載時，這會導致出現(xiàn)問題。自舉技術克服了這個問題，在提供高輸出電流和高效率的同時，允許電池電壓降低至更低的水平。
通過升壓轉換器延長電池壽命
圖1顯示了ADP1612的標準評估套件。其中增加了一個200 mΩ電流檢測電阻，與電池輸入串聯(lián)，用于測量輸入電流。在電池輸入電路中增加了一個大型電解電容，用于平滑電感器的電流峰值，以便能夠高度準確地測量檢測電阻上的平均電池電流。電池電壓由數(shù)字電壓表進行測量，因此，可以用電池電壓乘以輸入電流來計算輸入功率。在輸出端增加阻性負載，用輸出功率除以輸入功率，計算得出轉換器的效率。
圖1. ADP1612的評估套件。
通過探測開關節(jié)點(SW)，可以深入了解DC-DC轉換器是如何工作的。在FET接通時，電感電流升高，導致開關節(jié)點的底部電壓升高，幅度與FET的導通電阻成正比。此電壓越低，F(xiàn)ET的導通電阻越低。因此，在給定電流下，F(xiàn)ET中的損耗也越低。圖2顯示了采用非自舉配置的開關節(jié)點，電池電壓為2 V。開關節(jié)點的底部電壓峰值約為180 mV。
圖2. 開關節(jié)點電壓，2 V輸入，非自舉。
將電池電壓增大到3 V，可以得出圖3所示的開關節(jié)點波形。我們注意到，隨著電池電壓升高，占空比走低，此外，開關節(jié)點下半部的電壓明顯更低，峰值為約80 mV。但是，由于3 V電池電壓的FET電流低于2 V電池電壓，所以很難看出導通電阻是否確實降低。
圖3. 開關節(jié)點電壓，3 V輸入，非自舉。
之后，將圖1所示的電路轉換為自舉配置。自舉涉及到將ADP1612的VIN引腳連接至輸出電壓。該部分啟動后，由更高的輸出電壓供電，因此會產生更強的驅動力來驅動FET，但ADP1612并不知道電池的電壓水平。經過修改的電路如圖4所示。
圖4. 從輸出電壓自舉VIN引腳。
使能引腳可以連接至電池電壓VBATT，或連接至輸出電壓。如果電池電壓降至低于約1.7 V，將其連接至電池電壓會置位欠壓保護(UVLO)，但是，在將其連接至輸出電壓時，即使電池電壓降到遠低于此電壓的水平，ADP1612也可以繼續(xù)進行開關。
圖5顯示在電池電壓為2 V，測量輸出電壓為4.95 V時，非自舉和自舉配置的效率結果。
圖5. 輸入電壓為2 V時，ADP1612在非自舉配置和自舉(b/s)配置下的效率。
在圖5中，自舉配置的效率曲線用實線表示，在輕負載時明顯較低。這主要是因為，器件的靜態(tài)電流（約4 mA）現(xiàn)在來自于輸出電壓，實際上乘以了因數(shù)
我們還可以看出，在電池電壓降低時，因為FET驅動力更高，所以自舉電路的重負載電流（高于約260 mA）的效率開始改善。
圖6和圖7顯示在自舉模式下，開關節(jié)點底部的電壓。需要注意的是，自舉電路只影響控制器IC的電源電壓，不會影響功率路徑（電感器和輸出二極管）。所以，現(xiàn)在我們可以直接比較2 V自舉和非自舉開關節(jié)點電壓（圖6和圖2），以及3 V自舉和非自舉開關節(jié)點電壓（圖7和圖3）。
圖6. 開關節(jié)點電壓，2 V輸入，自舉。
圖7. 開關節(jié)點電壓，3 V輸入，自舉。
在低電池電壓下，自舉電路具有明顯的優(yōu)勢。在2 V電池電壓下，非自舉開關節(jié)點電壓的峰值為180 mV，自舉電路的峰值僅為100 mV，表示導通電阻FET更低，導致的損耗也更低。在3 V電池電壓下，自舉電路似乎改善甚微乃至無改善，兩個開關節(jié)點波形的峰值均為約80 mV。
最低可降至多低？
另一個有用實驗是，在輸出電壓開始喪失穩(wěn)壓性之前，查看電池電壓可降低至多低。圖8顯示自舉和非自舉模式之間的比較。
圖8. 負載電流與最小輸入電壓。
在非自舉電路中，我們可以看到，在電池電壓低于約1.7 V（如藍色曲線所示）時，UVLO電路激活。與之相反，圖4中所示的自舉電路的使能和VIN引腳均連接至輸出電壓(5 V)，所以，UVLO電路不會激活，允許電路以更低電壓運行。但是，該電路無法憑空產生功率。ADP1612提供峰值限流功能；所以，負載電流越高，所需的電池電壓也越高，才能達到固定峰值開關電流所需的負載電流。也因此，圖8中的紅色曲線會在負載電流升高時，幾乎成線性增長。
最低工作電壓由轉換器的最大占空比（約為90%）決定。根據公式
5 V輸出電壓和90%最大占空比表示最小電池電壓為0.5 V，這與圖表中所示的結果一致。
令人驚訝的是，在圖8中，當電池電壓高于2.2 V時，非自舉電路可以提供比自舉電路更高的負載電流。這是因為在由輸出電壓供電時，ADP1612在自舉模式下具有更高的靜態(tài)電流。此外，ADP1612的效率低于100%，這會進一步增大在給定的負載電流下電路所需的輸入電流。因此，在自舉模式下，所需的輸入電壓（約150 mV）會稍高于在非自舉模式下所需的電壓。如之前所述，在更高的電池電壓下，自舉電路的優(yōu)勢并不明顯，而更高的柵極驅動帶來的優(yōu)勢并不足以抵消自舉電路的靜態(tài)電流升高導致的損耗增加。
其他優(yōu)點和缺點
自舉配置也會影響電路的啟動電壓?，F(xiàn)在，ADP1612的VIN引腳由輸出供電，其電池電壓需要比非自舉電路高出一個肖特基二極管壓降。肖特基二極管中的壓降隨電流在約100 mV（電流約為50 μA）到高于200 mV（電流更高）之間變化。通過實驗發(fā)現(xiàn)，非自舉電路的啟動電壓為約1.75 V（等于UVLO閾值），自舉電路的啟動電壓則升高至約1.95 V。
結論：
升壓轉換器是否已就緒？開始提高效用
自舉技術適用于在啟動時不會斷開電池電壓和輸出之間連接的任何升壓轉換器?？梢酝ㄟ^使用具有非常低的靜態(tài)電流的器件來消除低下的輕載效率帶來的影響。更高的啟動電壓并不總是問題，因為在電池耗盡的情況下并不常需要啟動電路。
如果在大部分使用情況下或高電池電壓下，電路的負載電流都相當輕，那么使用自舉技術可能徒勞無益。但是，如果是重負載，且電路需要繼續(xù)運行，直至電池電量耗盡那一刻，那么可以考慮使用自舉電路。
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