Boost 轉換器在常見的便攜式應用中能有多少機會露面呢?最普通的當然屬于能升壓的轉換器,但有時候它也可以用別的名義出現,頗有一點多面手的樣子,現在就讓我們一起來看看它是如何被使用的。
我在電源管理領域最初的見識就來自 Boost 轉換器,那時候傳呼機還是大路貨,數碼相機剛起步,小荷才露尖尖角的是 MP3 播放器,這兩個東西的大紅大紫都是后來的事,以索尼為代表的廠商所出品的 CD/MD 播放器是那時候的當紅炸子雞,磁帶播放器還在被大量使用,直到現在我手里還有一個已經不能工作了的殘品,它們大多以 AAA 或 AA 規格的干電池為電源,每一粒的額定電壓只有 1.5V,偶爾遇到可以充電的鎳氫電池或鎳鎘電池還會讓我欣喜,而它們的額定電壓是更低的 1.2V,與之對應的是那時大多數集成電路的工作電壓還是 5V 或 3.3V,有個中山的朋友將凌陽方案 MP3 播放器的工作電壓調整到 2.8V 都是一大創新,帶來的問題時總有那么一些機子需要在發現不能正常工作時要去調整輸出電壓的反饋電阻,所以能夠升壓的 Boost 轉換器就成了必要之選,RT9261、RT9262 和 RT9266 是那時候的熱門產品,我的工作就是幫助客戶設計電路并解決生產中的各種問題,由此逐漸對電源管理有了一些認識。相對而言,RT9261 比較簡單,一顆芯片只有三條腿,RT9262 比較復雜(兩個子型號里分別含有電壓檢測和線性穩壓器的功能),前者適合簡單系統使用,后者在復雜系統里就用得多一些,中規中矩的 RT9266 則一直是個熱門,因為它既簡單又強大,可以滿足很多應用的需求,在資源緊缺的日子里曾以全能打手的身份去滿足很多產品的完整電源需求,一臺數碼相機的使用量就可多達 6 顆以上,而且品質非常可靠,深得客戶的信賴,與之對應的是幾年才壞一顆都要有詳細的分析報告,直到找出問題根源并得到改善為止,這種精益求精的精神也給我留下了深刻印象,與曾經遇到過的某些廠商的做法形成了很鮮明的對比,所以我在一段時間里對某些國產貨是有深深的不信任感的,直到如華為這樣的廠商的真正成長才改變了我的消費習慣,現在我就完全是個國貨擁躉了。
這是 RT9266 最常用的電路之一,實際使用在便攜式產品里時大多使用陶瓷電容,而且實際容量也會比圖中的數據小很多,輸出電壓紋波還特別小。RT9266 既有內含的開關管,又可外加開關管擴流、加壓,負載電流可大可小,輕載時就以自適應式的 PSM 工作模式予以應對,轉換效率很高,外加開關管后輸出電壓可以很高,完全超越了器件自身的限制,使用起來確實能給人很爽的感覺。 鋰離子電池的出現和 IC 工藝的發展對電源管理的影響非常大,因為電池單體電壓提升了許多,而 IC 芯片的工作電壓卻越來越低,所以 Buck 轉換器可能是現在被使用得第二多的器件,Boost 的使用機會就少多了,但在很多地方還是離不了它。 鋰離子電池的工作電壓范圍一般為 3.xV~4.xV,USB 端口的標準工作電壓卻是 5V,以鋰離子電池為電源的便攜式產品要給 USB 端口供電時就要用到 Boost 轉換器,而現在的便攜式產品通常都會使用 Buck 架構的充電電路,這時候就可以將該電路反過來使用以完成 Boost 轉換器的工作,這顆充電 IC 就成了支持 OTG 應用的充電 IC 了。這種能夠雙向運行的轉換器沒有增加任何核心元件,只是控制它們工作的邏輯變了,而這些都是由小信號的電路實現的,又完全被集成在 IC 里,對使用者來說是極其友好的,立锜已經有很多這類產品在大量供貨。
如上圖,RT9472D 作為 USB 端口、電池和系統之間的電源管理裝置,既可以利用 USB 端口輸入的 3.9V~13.5V 電源為電池進行最大電流為 3A 的充電、為系統提供持續不斷的電源供應,又可以在 USB 外設接入時為其提供至少可達 5V1A 的供電,使便攜式產品能與各種各樣含有 USB 接口的兼容設備配合工作。 最新的 USB-C 型接口和 PD 協議的發展給 USB 接口的應用帶來了新的空間,電壓的擴展和供需角色的變化也給電源管理帶來了新的課題,將來可能任意兩個設備都可以連接起來并經過協商以后確定各自在電源供需方面的作用,所以能夠雙向工作并同時支持 Buck 和 Boost 兩種模式的電源轉換器的出現是個必然。
上圖所示的 RT7885 可支持設備帶有兩個 USB 接口,其中一個是 A 型,一個是 C 型,同時支持 PD 協議和其他通過 D+/D- 傳輸的私家協議,對內可以實現對 2~4 顆串聯鋰離子電池的充放電管理,對外可接受或輸出 3V~22V 的電壓,它在完成這些工作的時候就需要既能升壓又能降壓,而且是雙向運作的,其中的升壓模式也就是 Boost 工作模式。
此圖所示 RT6190 也是支持雙向自動升降壓的產品,但是擁有更寬的工作電壓范圍,最高工作電壓可達 36V,因為內部沒有包含協議控制功能而可以有更多的自由使用空間,同時又不會感覺有所浪費,支持的功率范圍也更大,因為它也支持升壓工作,所以也可以被看著是 Boost 轉換器的一種應用。 寫到這里感覺內容已經有點多了,為了不至于讓你負擔太重,所以決定暫時打住,我們下次再繼續聊這個話題。
審核編輯 :李倩
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原文標題:Boost 轉換器便攜式應用電路集錦
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