升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器SP6644/6645及其應(yīng)用
關(guān)鍵詞：DC-DC SP6644/6645 低功耗 升壓 PFM
1 引言
目前，各類小功耗消費(fèi)電子產(chǎn)品及便攜式儀器儀表已得到廣泛的應(yīng)用，其中電源構(gòu)成是其整體設(shè)計(jì)中極為關(guān)鍵的一環(huán)。對(duì)此類電源的設(shè)計(jì)除要求有特定的輸入輸出電壓電流等級(jí)外，還需要其具有噪聲低、紋波小、體積小、效率高以及一定的抗干擾和抗電磁兼容等特性，同時(shí)，還往往要求其能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地工作。
SP6644/6645是Spice公司生產(chǎn)的一種高效、低功耗升壓型DC-DC變換器，它是目前僅有的能適用于采用一個(gè)堿性電池供電的性價(jià)比極高的轉(zhuǎn)換器。因而在諸如傳呼機(jī)、遙控裝置、定點(diǎn)設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)視器等低功耗便攜式終端產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。SP6646/6645采用μSOIC微小封裝，只需很少的外圍元件即可將一節(jié)電池的電壓從0.98～1.5V提升至2～5.5V，而且具有紋波上、效率高、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)，能很好地滿足低壓類升壓器件的市場(chǎng)需求。
圖1 SP6644/6645內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖
2 結(jié)構(gòu)與工作原理
SP6644/6645的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，該裝置內(nèi)含一個(gè)0.8Ω的同步整流器和一個(gè)0.5Ω的N溝道MOSFET功率開關(guān)，同時(shí)帶有內(nèi)部參考電壓、PFM（脈沖頻率調(diào)制）電路及低電壓比較器。SP6644/6645管腳功能如下：
VBATT：電池電源輸入端，該引腳在IC內(nèi)部和低電壓比較器的輸入端相連接。
BATTLO：漏極開路低電池輸出端。當(dāng)SP6644（SP6645）的輸入電壓低于1V（2V）時(shí)，此引腳具吸收電流的作用。
RLIM：電感峰值電流編程端在此端連接一個(gè)電阻可對(duì)電路中的電感峰值電流進(jìn)行編程設(shè)定。
SHDN：低電平有效關(guān)機(jī)輸入端。
FB：反饋輸入端。
LX：N溝道MOSFET開關(guān)漏極和P溝道同步整流器漏極通過此引腳經(jīng)一電感與VBATT相連。
GND，VOUT：分別為接地腳和電壓輸出端。
2.1 內(nèi)部自益放大電路
SP6644/6645內(nèi)部的低電壓?jiǎn)?dòng)振蕩器可將輸出電壓抬升至1.9V以使主DC-DC轉(zhuǎn)換器正常工作，當(dāng)電池供電電壓較低時(shí)，電路可在輕載情況下啟動(dòng)。如當(dāng)輸入電壓小于1V時(shí)，可適當(dāng)減少負(fù)載以確保電路啟動(dòng)。一旦啟動(dòng)成功，即使電池電壓降至初始啟動(dòng)電壓以下，輸出電壓仍可維持負(fù)載的正常運(yùn)行。啟動(dòng)振蕩器由VBATT供電，以驅(qū)動(dòng)一充電電荷泵和NMOS開關(guān)。在啟動(dòng)過程中，P溝道同步整流器保持關(guān)斷狀態(tài)，其內(nèi)部、外部二極管均用作輸出整流器。
2.2 BATTLO電路
SP6644內(nèi)含一個(gè)電壓比較器，其作用是進(jìn)行低電池檢測(cè)。若VBATT降至1V以下，BATTLO引腳將會(huì)吸收電流，此時(shí)BATTLO為漏極開路輸出。SP6645以同樣的方式工作，其門限電壓為2V。
2.3 SP6644的關(guān)斷
將SHDN引腳設(shè)置為邏輯低電平可使SP6644進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，在此模式下，BATTLO進(jìn)入高阻狀態(tài)，內(nèi)部開關(guān)MOSFET關(guān)斷，同時(shí)同步整流器也關(guān)斷以阻止反向電流從輸出流至輸入端。若要禁止關(guān)斷，應(yīng)將SHDN與VBATT相連。
2.4 電池反置保護(hù)
SP6644/SP6645在組件功耗限制內(nèi)允許單電池反置。內(nèi)部二極管可將任何反向電流限制在220mA以內(nèi)，以避免對(duì)裝置的損壞。但反向電流持續(xù)工作在220mA以上的，將會(huì)降低設(shè)備的工作性能。
2.5 PFM電路
脈沖頻率調(diào)制（PFM）電路可提供比傳統(tǒng)脈寬調(diào)制（PWM）轉(zhuǎn)換器更高的工作效率。
3 SP6644/6645的主要性能指標(biāo)
SP6644/6645的主要性能參數(shù)如下：
工作溫度：-40～+85℃；
典型工作效率：88%；
典型功耗：390mW；
啟動(dòng)輸入電壓：0.82V；
輸入電壓范圍：0.3～3.3V或3.3V±4%；
輸出電壓范圍：2.0～5.5V；
典型輸出電流：190mA；
關(guān)機(jī)模式控制電流：5mA。
4 應(yīng)用電路和參數(shù)設(shè)計(jì)
4.1 輸出為+3.3V的典型電路
SP6644/6645應(yīng)用電路如圖2所示。將FP直接接地可命名輸出電壓固定工作在+3.3V±4%。該設(shè)計(jì)的外圍電路很簡(jiǎn)單，它僅有5個(gè)器件，即兩個(gè)電容，一個(gè)電感及兩個(gè)電阻。其中電阻RLIM連接RLIM引腳與地之間，電感接到引腳VBATT和LX，這兩個(gè)外圍元件對(duì)此電路的工作起著至關(guān)重要的作用。
SP6644/6645存在兩種工作狀態(tài)：第一種為電池良好，負(fù)載激活；第二種為電池良好，負(fù)載休眠。在第一種工作狀態(tài)下，SP6644/6645的工作效率為88%，可驅(qū)動(dòng)幾十個(gè)毫安的電流，在第二種工作狀態(tài)下，SP6644/6645具有極小的靜態(tài)電流。處于禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)，可驅(qū)動(dòng)幾百個(gè)微安的電流。
4.2 輸出電壓可調(diào)應(yīng)用電路
圖3所示是用SP6644/6645設(shè)計(jì)的輸出電壓可調(diào)的應(yīng)用電路。圖中，將FB或VOUT和地之間的分壓器相連，通過R1和R2可使輸出電壓在+2V～+5.5V范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。FB腳可通過內(nèi)部參考電壓設(shè)定在+1.25V。
由于FB腳的泄漏電流最大可達(dá)10nA，因而設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在100kΩ～1MΩ范圍內(nèi)選擇反饋電阻，輸出電容一般在470μF，輸入電容為220μF，并應(yīng)選用低ESR電容，同時(shí)應(yīng)使輸入電容盡量靠近SP6644/6645。
4.3 可減小輸入干擾和紋波的應(yīng)用電路
在SP6644/6645的輸出端加裝一小型SOT23腳封裝的200mA低漏失線性調(diào)節(jié)器，可起到減小輸出干擾和紋波的作用，其應(yīng)用電路如圖4所示。
通過對(duì)圖5中SP6644的輸出紋波（40～50mVpp）與SP6201輸出紋波（3mVpp）進(jìn)行比較，可見此應(yīng)用電路大大減小輸出紋波的干擾量。
5 結(jié)論
實(shí)驗(yàn)表明：只要在設(shè)計(jì)過程中按照要求解決好電感和相應(yīng)電阻的匹配選擇，SP6644/6645即可穩(wěn)定工作，而且輸出電壓電流波形平滑，轉(zhuǎn)換效率很高。另外，由于其體積很小，因而可以方便地在節(jié)能模式下工作，且其性價(jià)比較高，因此，SP6644/6645在便攜式單電池供電儀器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
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