对于便携式电源应用而言,要充分利用先进电池技术的小尺寸、高能量密度等优点,就必须在整个电池放电电压范围内实现高效工作。这就对要求3.3V总线电压的锂离子电池供电系统提出了严峻的挑战。尽管标准降压转换器在将4.2~3.0V锂离子电池电压转换成诸如1.8V的较低输出电压时具有很高的转换效率,且标准升压转换器在将锂离子电池电压转换成诸如5V的更高输出电压时也有很高的转换效率,但上述两种转换器均不是生成常用3.3V 总线电压的最佳解决方案。SEPIC及传统的降压-升压虽然能够充分利用电池电量,但却具有效率低、成本高、电路板面积较大及部件数量多等缺点。采用三种配置结构的TPS6300x可以解决这些问题。TPS63000具有从1.2V~5.5V的可调输出范围。TPS63001及TPS63002的固定输出电压分别为3.3V和5.0V。上述产品均采用节省空间的10引脚QFN(DRC)封装。
TPS63001
TI的TPS63001具有部件数最少、电路板面积小、成本较低等特点,且能够将锂离子电池输入电压高效地转换为3.3V总线电压。在一个3x3毫米QFN封装中除集成了降压和升压两种功能以外,还集成了开关FET、补偿和保护功能等。只需三个外部部件即可保证工作运行:输入和输出电容以及电感。该转换器的峰值效率为96%(请参见图1),峰值输出电流为800mA,其电流足以为大多数便携式负载供电。1.8~5.5V宽泛的输入电压范围能够配合许多常见电源工作,如两节或三节碱性电池、NiMH电池以及3.3V和5V总线。
图1 1.8~5.5V时的TPS63001效率图[320mA负载(VOUT=3.3v)]
图2显示了一款可由单个锂离子电池供电的典型3.3V电源。1.5MHz的开关频率允许使用小型的2.2μH电感器及0603尺寸的小型陶瓷输入和输出电容。高效率再加上较少的外部部件数量将总体解决方案尺寸降至了只有6x6毫米大小(请参见图3)。
图2 典型的应用电路
图3 6x6毫米板级空间内的典型布局
高级控制拓扑结构实现了效率的最大化