壹.電荷泵
1.工作原理2。如何產生倍壓模式3？效率4。電荷泵應用5。電荷泵的選擇要點
2.歸納DC/DC
1.工作原理(降壓)2。整流二極管3的選擇。同步整流技術。電感5的選擇。輸入電容6的選擇。輸出電容7的選擇。升壓和降壓1的拓撲結構。電荷泵。
1.工作原理2。如何產生倍壓模式3？效率4。電荷泵應用5。電荷泵的選擇要點
2.歸納DC/DC
1.工作原理(降壓)2。整流二極管3的選擇。同步整流技術。電感5的選擇。輸入電容6的選擇。輸出電容7的選擇。升壓和降壓的拓撲結構。
擴展的DC/DC是壹種開關電源芯片。開關電源是指利用電容和電感的儲能特性，通過可控開關(MOSFET等)進行高頻開關。)將輸入的電能儲存在電容(電感)中，當開關關斷時，電能釋放給負載提供能量。其輸出功率或電壓容量與占空比(開關的導通時間與整個開關的周期之比)有關。開關電源可用於升壓和降壓。我們常用的DC-DC產品有兩種。壹個是電荷泵，另壹個是電感儲能DC-DC轉換器。本文詳細講解了這兩款DC/DC產品的相關知識。編輯此段落1。充電泵
電荷泵是壹種電容儲能DC-DC產品，可用於升壓、降壓和反壓輸出。電荷泵消除了電感和變壓器的磁場和電磁幹擾。
1.工作原理
電荷泵通過外部飛跨電容對電容充電，飛跨電容以壹定的頻率在內部切換，並與輸入電壓進行升壓(或降壓)轉換。最後恒壓輸出。芯片內部有負反饋電路，保證輸出電壓的穩定性。如上圖Vout所示，電壓V2除以R1和R2，並與參考電壓VREF進行比較。通過誤差放大器A控制充電電容的充電時間和電壓，使其達到穩定值。電荷泵可以根據電池電壓輸入不斷地改變其輸出電壓。例如，它可以在1.5X或1X模式下運行。當電池的輸入電壓較低時，電荷泵可以產生相當於1.5倍輸入電壓的輸出電壓。當電池電壓較高時，電荷泵工作在1X模式，負載電荷泵只向負載傳輸輸入電壓。當輸入電壓較高時，這可以降低輸入電流和功率損耗。
2.倍壓模式怎麽產生？
以1.5x模式為例，分兩個階段完成電壓轉換。第壹級在第壹級中，C1和C2串聯。假設C1=C2，電容充電至電容電壓等於輸入電壓的壹半。VC 1+-VC 1-= VC2+-VC2-= VIN/2。在第二階段，C1和C2並聯在VIN和VOUT之間。VOUT=VIN+VIN/2=1.5VIN
3.效率
電荷泵的效率由電荷泵的升壓模式、輸入電壓和輸出電壓決定。如果電荷泵在倍壓模式下升壓，其效率為Vout/2Vin。輸入電壓越小，效率越高。
4.電荷泵應用
在我們的設計中，電荷泵經常被用作白光LED驅動器，這種驅動器壹般用在手機中的並聯LCD背光驅動芯片中。系列背光驅動芯片應選擇電感DC/DC，因為它需要更高的電壓。
5.電荷泵的選擇點
選擇電荷泵時要考慮以下因素:轉換效率高，靜態電流小，更省電；輸入電壓要低，盡量利用電池的電位；噪音低，對手機整體電路無幹擾；功能集成度高，提高單位面積使用效率，手機設計更小；足夠的輸出調節能力，使電荷泵不會因滿負荷工作而發熱；小封裝尺寸是手持產品的普遍要求；安裝成本低，包括外圍電路少，PCB板面積小，布線簡單；有了關斷控制端，電荷泵可以在長待機狀態下關斷，使得電源電流消耗幾乎為零。編輯第2段。歸納DC/DC
它是通過電感不斷儲存/釋放能量，最終實現穩定的電壓/電流輸出的轉換器。根據輸出電壓與輸出電壓的比較，可分為boost(輸出電壓遠高於輸入電壓)和buck(輸出電壓低於輸入電壓)。它們的拓撲結構是不同的。Boost壹般用於lcd系列背光驅動和oled驅動，輸出電壓壹般在十伏以上。降壓用於多媒體協處理器的核心電壓。
1.工作原理(降壓)
上面所示的降壓轉換器的最基本電路是將能量存儲在電感中，並在MOSFET開關閉合時產生電流。當開關關斷時，存儲的電感能量通過二極管輸出到負載。輸出電壓值與占空比(接通時間與整個開關周期之比)有關。
2.整流二極管的選擇
二極管的反向額定電壓必須等於或大於輸出電壓。其平均額定電流必須遠大於預期的最大負載電流。直流電壓降必須非常低，以避免二極管導通時損耗過大。此外，由於MOSFET工作在高頻開關模式，二極管需要快速從導通狀態恢復到非導通狀態。反應速度越快，DC/DC的效率越高。肖特基二極管(代替傳統的超快二極管)具有更低的直流壓降和出色的反向恢復特性。
3.同步整流技術
同步整流器是壹種新技術，它使用具有極低導通電阻的特殊功率MOSFET來代替整流二極管，以降低整流器損耗。它可以大大提高DC/DC轉換器的效率。功率MOSFET是壓控器件，開啟時伏安特性是線性的。功率MOSFET用作整流器時，要求柵極電壓必須與整流電壓的相位同步才能完成整流功能，故稱同步整流。當輸出電壓降低時，二極管直流電壓的影響非常重要，會降低變換器的效率。物理特性的限制使得二極管的直接壓降很難降低到0.3V以下，相反，可以通過增大矽片尺寸或者並聯分立器件來降低MOSFET的導通電阻RDS(ON)。因此，在給定電流下，用MOSFET代替二極管可以獲得比二極管小得多的壓降。在同步降壓轉換器中，用兩個低端MOSFET取代肖特基二極管可以提高效率(圖1b)。兩個MOSFET必須以互補模式驅動，並且在它們的導通間隙之間有壹個小的死區時間，以避免同時導通。同步FET工作在第三象限，因為電流從源極流向漏極。
4.電感器的選擇
隨著開關的斷開和閉合，升壓電感將經歷電流紋波。壹般建議紋波電流應小於平均電感電流的20%。電感過大將需要使用大得多的電感，而電感過小將導致更大的開關電流，尤其是在輸出電容中，進而需要更大的電容。電感值的選擇取決於預期的紋波電流。如公式1所示，較高的VIN或VOUT也會增加紋波電流。電感當然必須能夠處理峰值開關電流，而不會使內核飽和(意味著電感損耗)。從公式可以得出:(1)開關頻率越高，所需電感越低；(2)電感的增加可以降低紋波電流和磁芯磁滯損耗。但隨著電感值的增大，電感的大小也相應增大，電流變化的速度也變慢。為了避免電感飽和，電感的額定電流應該是轉換器的最大輸出電流和電感的紋波電流之和。電感的DC電阻(RDC)取決於貼片電感所用的材料或結構類型，可以在室溫下通過簡單的電阻測量得到。RDC的大小直接影響線圈的溫升。因此，應避免長時間超過當前額定值。線圈的總損耗包括RDC中的損耗和以下與頻率相關的損耗分量:磁芯材料損耗(磁滯損耗、渦流損耗)；由趨膚效應(高頻電流位移)引起的導體中的其他損耗；相鄰繞組的磁場損耗(鄰近效應)；輻射損失。上述所有損耗元件組合在壹起形成壹個串聯損耗電阻(Rs)。損耗電阻主要用來定義電感的好壞。但我們無法從數學上確定Rs，壹般用阻抗分析儀在整個頻率範圍內測量電感。電感器的電抗(XL)與總電阻(Rs)之比稱為品質因數Q，見公式(2)。品質因數定義為電感的品質參數。損耗越高，電感器作為儲能元件的質量越低。品質頻率圖有助於為特定應用選擇最佳電感結構。如測量結果圖2所示，損耗最低(Q值最高)的工作範圍可以定義為延伸到質量拐點。如果在更高的頻率下使用電感，損耗會急劇增加(Q會降低)。設計良好的電感幾乎不會降低效率。不同的磁芯材料和形狀可以相應地改變電感的尺寸/電流和價格/電流關系。由鐵氧體制成的屏蔽電感尺寸小，不會輻射太多能量。電感器的選擇通常取決於價格和尺寸要求以及相應的輻射場/EMI要求。
5.輸入電容的選擇
由於降壓轉換器具有跳躍輸入電流，因此它需要低ESR輸入電容來實現最佳輸入電壓濾波。輸入電容必須足夠大，以便在重負載下穩定輸入電壓。如果使用陶瓷輸出電容，電容均方根紋波電容範圍應滿足應用要求。陶瓷電容器具有低ESR值，表現出良好的特性。與鉭電容器相比，陶瓷電容器對瞬時電壓不敏感。
6.輸出電容的選擇
輸出電容的有效串聯電阻(ESR)和電感值將直接影響輸出紋波電壓。利用電感紋波電流(IL)和輸出電容的ESR可以簡單地估算輸出紋波電壓。輸出電壓紋波是輸出電容ESR引起的電壓值與輸出電容充放電引起的電壓紋波之和。壹些制造商的DC/DC產品通過環路進行內部補償，以實現最佳瞬態響應和環路穩定性。當然，內部補償可以理想地支持壹系列工作條件，並且可以靈敏地響應輸出電容參數的變化。
7.升壓和降壓的拓撲結構
如上圖所示，升壓和降壓電路的結構是不同的。升壓電路在輸入電源和升壓整流管之間有電感，開關管連接到電源地。BUCK是開關管和輸出電源之間的電感，續流二極管反接開關管和電源地。