引言

寬輸入范圍DC/DC控制器通常都具有內置欠壓鎖定（UVLO）電路，以在輸入電壓低于UVLO閾值時防止轉換器誤操作。但是，在一些應用中，啟動時的輸入電壓高于UVLO閾值但稍后卻可能降至該閾值以下，倘若出現負載瞬態或者超級電容放電，UVLO 電路便可能會引起我們不需要的關斷。除此以外，在一些應用中，輸入電壓始終低于UVLO閾值，我們一般無法使用這些控制器。本文為您介紹幾種分離軌方法，用于擴大升壓轉換器輸入電壓范圍，從而讓我們可以使用這些輸入電壓低于其UVLO閾值的控制器。文章提供了設計例子和測試結果，旨在驗證這些方法的有效性。

升壓轉換器的最小輸入電壓

圖1顯示了單輸入電源 （VIN） 的典型升壓轉換器，其向功率級提供輸入電壓，并向控制器提供偏置電壓。VIN引腳的控制器最小偏置電壓由控制器的輸入UVLO閾值設置。為了保證高側電流檢測升壓轉換器的功能（請參見圖1a），功率級的最小輸入電壓由電流檢測比較器的最小共模電壓定義。這是因為，輸入電壓同時也連接電流檢測比較器的非反相輸入。電流檢測比較器的最小共模電壓通常小于-控制器的輸入UVLO閾值。對于低側電流檢測的升壓轉換器（請參見圖1b ）來說，功率級的輸入電壓并非直接連接電流檢測比較器。因此，不要求匹配最小共模電壓。所以，使用單軌結構時，功率級的輸入電壓和控制器的偏置電壓連接在一起，這樣，控制器的輸入UVLO閾值便強行限制了升壓功率級輸入電壓下降的程度。

如圖2所示，升壓轉換器的輸入電源可以被分離為兩個軌：功率級輸入軌（VIN）和控制器的偏置輸入軌 （VBIAS）。使用分離軌結構時，盡管仍然要求VBIAS 高于控制器的UVLO 閾值來開啟控制器，但是，VIN可以降至UVLO閾值以下。由于VBIAS 僅需提供非常小的功率，因此其可以由一個充電泵產生，甚至可以共用另一個系統內已存在的電壓軌。這樣，便可以擴大電源軌 （VIN） 的電壓范圍。

本文將為您介紹幾種實施這種分離軌結構的方法。TI的TPS43061同步升壓控制器，將用于闡述這種分離軌概念，并驗證所介紹方法的有效性。該升壓控制器擁有一個高側電流檢測比較器，并在偏置電源輸入 （VIN） 引腳有一個內部輸入UVLO電路。

圖3顯示了圖1a所示單軌結構下升壓轉換器的關閉波形。一旦VIN降至3.9V（控制器的UVLO 關閉閾值）以下，轉換器便-停止開關操作。僅當VIN升至4.1V UVLO 開啟閾值以上時，升壓轉換器才會開啟。

擴大啟動后的輸入電壓范圍

在一些僅有一個輸入電源的應用中，啟動時，輸入電源電壓大于控制器的UVLO 開啟閾值。但在啟動之后，它會降至輸入UVLO 閾值以下，從而導致意外關閉。例如，在使用光伏板和超級電容作為輸入電源的電力系統中，放電會使輸入電壓降至控制器UVLO 關閉閾值以下。另一個例子是，USB電源線驅動的電源系統，在負載瞬態期間，其電壓會明顯下降，導致意外系統關閉。

就這些應用而言，如果VOUT在VBIAS 規格范圍內（其總是大于UVLO開啟閾值），則VOUT其可通過一個二極管反饋為偏置電源 （VBIAS）。在啟動以后，VBIAS 被控制在VOUT。其大于VIN，并且即使在VIN降至該閾值以下時它也保持在UVLO閾值以上。只要VIN可以滿足電流檢測比較器的最小共模電壓要求，升壓轉換器便可以維持正常工作。

圖5顯示了圖4所示升壓轉換器的關閉波形，其中，VOUT設置為6V，并且反饋為偏置電源。忽略二極管正向降壓的情況下，啟動后VOUT高于VIN時，偏置電源電壓（VBIAS）被控制為大于VIN的VOUT。因此，當VIN降至3.9V以下時，VBIAS保持在3.9V UVLO關閉閾值以上。VOUT保持穩壓范圍內，直到VIN降至電流檢測比較器的最小共模電壓以下（本例中為1.9V ）。這就意味著，啟動后的最小輸入電壓（VIN）從3.9V降至1.9V 。

擴大啟動輸入電壓范圍

鋰離子 （Li-Ion） 電池廣泛應用于智能電話、平板電腦和其他手持設備中。由于需要放電和充電，單節鋰離子電子3.6V的額定電壓通常具有2.7V到4.2V的范圍。即使在啟動之前，它也比一些寬輸入范圍升壓控制器的UVLO閾值要低。就這些應用而言，不管是單軌方案還是把VOUT反饋為偏置電源的分離軌方法都不起作用。我們需要一種不同于電池輸入的單獨偏置電源。幸運的是，偏置電池僅需提供非常低的功率。如果在系統中，存在另一個高于已有UVLO開啟閾值的電源軌，則它可以在連接電源軌 （VIN） 至電池（請參見圖2）的同時連接至VBIAS 。如果沒有，則可以為偏置電源添加一個充電泵（請參見圖6）。

在本例中，由于電池輸入范圍為2.7V到4.2V，因此TI 的TPS60150 充電泵產生一個經過穩壓的5V電源，其高于TPS43061控制器的UVLO開啟閾值，這樣它便可以用作偏置電源。通過一個使用分離軌方法的充電泵，升壓轉換器可以使用一個電壓高于升壓控制器UVLO開啟閾值的單輸入電源來啟動和運行。

圖7顯示了圖6所示升壓轉換器的啟動波形。盡管VIN-僅為2.7V ，但由于VBIAS 在5V 下穩壓，因此該轉換器可以使用一個單2.7V電源啟動和運行。通過這種分離軌方法，升壓轉換器的最小工作輸入電壓范圍從4.1V進一步擴展至2.7V。

結論

升壓轉換器工作通常要求兩個輸入：功率級輸入電源和控制器偏置電源。控制器的UVLO閾值決定了偏置電源的下限。另外，如果這兩個軌連接在一起共用一個輸入電源，則它還限制了功率級的輸入電源。分離軌方法把電源軌分離于偏置電源軌，目的是消除對電源軌最小工作電壓的限制。這樣做可擴大升壓轉換器的輸入電壓范圍。

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