[超低输入电压升压电路解决方案]升压电路输入电压高于输出电压

　　便携式产品一般都采用电池供电，而因为成本和体积方面的考虑，在设计上有减少使用电池数量及体积的趋势。另外，亦因全球能源问题，各种各类的电池使用已备受关注了。当中包括太阳能电池及燃料电池。
　　而这样就会影响到电源电压比设备所需的工作电压为低。这时候，就必须要追加升压电路了。一般使用的是DC/DC升压转换器。
　　而在这超低输入电压的情况下，设计工程师就会面临以下的难题。
　　1开关器件的驱动问题。
　　2升压电路的启动问题。
　　3最大占空比MaxDuty的问题。
　　
　　在这三个主要问题上，究竟有没有好的解决方法呢?答案是肯定的。以下，我们会一一探讨。
　　
　　开关器件的驱动问题
　　
　　传统DC/DC的工作电压一般都在1.0V以上，而如果输入电压降到0.6V以下，DC/DC的内部电路不能正常工作。
　　以图为例，若开关DC/DC的驱动电压取自输入电源的话。当电源电压低于DC/DC驱动电压的时候，DC/DC便无法启动。
　　那么，若如图所示，在输出端取电又如何呢?
　　同样，当电源电压低于DC/DC驱动电压，DC/Dc根本无法启动及进行任何升压动作。但是，若DC/DC一旦被启动，整个电路便可持续动作了。
　　
　　升压电路的启动问题
　　
　　在这时候，又带出了另外一个问题，就是在这样低输入电压的情况下如何启动这一颗DC/DC呢?
　　这时，我们就需考虑增加一个启动电路。
　　
　　精工电子有限公司(SII)推出的S-882Z系列充电泵产品就能使这个问题迎刃而解。
　　S-882Z系列按放电开始电压大小有4个品种：分别为1.8V、2.0V、2.2V及2.4V，在型号后缀中用18、20、22及24来区分。例如，S-882220是放电开始电压为2.0V的充电泵。
　　该系列主要特点：
　　输入电压V：N范围：
　　在Ta=-30～+60℃时为0.3～3.0V，
　　在Ta=-40～+85℃时为0.35～3.0V,
　　工作时的消耗电流在VIN=0.3V时为0.5mA(最大值)；
　　有关闭控制，在关闭状态或称休眠状态时耗电小于0.6μA(VIN=0.3V)； 　关闭控制电压为放电开始电压加0.1V(≤3.0V)； 　内部振荡器频率350kHz； 　外部仅接一个启动电容(CCPOUT),
　　小尺寸SOT-23-5封装； 　无铅。
　　S-882Z的内部结构如图所示。
　　下面，我们就来具体看看S-882z的工作原理。
　　1　对S-882Z系列的VIN端子输入0.3V以上的电压时，振荡电路就可以开始工作，并从振荡电路输出CLK信号。
　　2　通过此CLK信号来驱动充电泵电路，并在充电泵电路中将VIN端子的电压转换为升压电压。
　　3　从充电泵电路输出的升压电压，会缓慢地充电到与CPOUT端子相连接的启动用电容器(CCPOUT)中，因此，CPOUT端子的电压会缓慢地上升。
　　4　当CPOUT端子电压(VCPOUT)达到放电开始电压(VCPOUT1)以上时，转换器(COMP1)的输出信号就会从高电位转变为低电位。因此，处于“关”的状态的放电控制开关(M1)会转变为“开”的状态。
　　
　　5　M1变为“开”的状态之后，CCPOUT处所充电的升压电力会从OUT端子处开始放电。
　　6　由于放电，当VCPOUT降低到放电停止电压(VCPOUT2)时，M1就会转变为“关”的状态而停止放电。
　　7　当VM端子电压(VVM)达到开/关控制电压(VOFF)以上时，转换器(COMP2)的输出信号(EN-)就会从低电位转变为高电位。因此，振荡电路会停止工作，并转变为休眠状态。
　　8　当VVM不能达到VOFF以上时，会利用来自充电泵电路的升压电力来对CCPOUT进行再充电，并返回到(3)的工作。
　　S-882Z系列主要应用于太阳能电池、燃料电池等低压电源的升压；RF标签内部的电压升压(如用于高速公路收费系统)；为间断工作系统提供电源。
　　
　　最大占空比 MaxDuty的问题
　　
　　对与超低输入升压电路来说，为了取得高的输出电压，必须要有大占空比的支持。占空比(Duty)的计算公式是：Duty=Ton/(Ton+Toff)。
　　在连续电流模式下，占空比(Duty)的计算公式为Duty=1-Vin/Vout/。按照这个公式来计算，如果是输入0.5V时而输出5V的升压电路，最大占空比为90％，一般的升压电路的占空比为80％～90％，这样是不能完全满足要求的。
　　
　　对于这个问题，我们可以考虑采用SII的高倍率升压DC/DC S-8337B，其最大占空比就能达到94％。S-8337B的主要特点：输入电压为1.8-6.0V；基准电压为1.0～±1.5V；工作电流为0.5mA(max)；振荡频率为47～200kHz，能在外部设定；最大占空比为75％94％，也可以外部设定；UVLO，软启动，外部相位补偿设定；动作温度范围为-40～+85℃；采用TSSOP8封装。
　　
　　完整的解决方案
　　
　　一个超低电压电源管理系统需要启动电路和升压电路的完美配合，用S-882Z系列配合S-8337B系列就能达到这个目标。图为利用SII的S-882224和S-8337BAJA构成的超低输入电压升压电路，图8为该电路在0.5V输入情况下的效率曲线。
　　从图中可以看出，在这10倍升压的情况下，而又需要达到200mA的输出电流，该电路的输出效率仍可达到80％以上，这已经是一个具突破性的方案了。
　　
　　同步整流技术
　　
　　DC/DG变换器的损耗主要由5部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管(FRD)或超快恢复二极管(SRD)可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管(SBD)，也会产生大约0.6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。
　　同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。
　　在传统的次级整流电路中，肖特基二极管是低电压、大电流应用的首选。其导通压降大于0.4V，但当通信电源模块的输出电压随着通信技术发展而逐步降低时，采用肖特基二极管的电源模块效率损失惊人，在输出电压为5V时，效率可达85％左右，在输出电压为3.3V时，效率降为80％。
　　在低输出电压应用中，同步整流技术有明显优势。功率MOSFET导通电流能力强，可以达到60A以上。采用同步整流技术后，次级整流的电压降等于MOSFET的导通压降，由MOSFET的导通电阻决定，而且控制技术的进步也降低了MOSFET的开关损耗。