將 AA 電池的供電電壓提升至 5V

單節(jié) AA 電池是一種極為方便的電源，適用于便攜式低功率應(yīng)用。典型 AA 電池提供 2 安培小時容量，可以提供超過 2A 的峰值供電電流。電池在充滿電時通常能提供 1.5V，在放電時能提供 0.9V。這個數(shù)值不包括內(nèi)部電阻壓降，壓降范圍在 100mΩ 和 120mΩ 之間。要將該電壓范圍轉(zhuǎn)換為 3.3V 或 5V 穩(wěn)定電壓，可以使用多款用于啟動和采用低輸入電壓工作的 DC/DC 升壓轉(zhuǎn)換器來完成。這些設(shè)備采用同步開關(guān)管，所以下管能夠啟動電感。然后，由上管將存儲的電能傳輸至輸出電容和負載。

MP3414 是一個 AA 升壓轉(zhuǎn)換器示例，它具有一個 1.5A 下管，可以利用最低 0.9V 電池輸入升壓實現(xiàn) 3.3V 輸出和 400mA 負載。圖 1 所示為 MP3414 電路。同步上管取代了電路中的分立式二極管，并在短路和故障情況下提供限流和輸入/輸出隔離。

雖然?MP3414?是適合單節(jié) AA 或 3.3V 電壓不錯的解決方案，但其最大輸出電壓限制為 4.0V，開關(guān)電流限制（1.5A）則低于電池可以提供的最大電流。

對于輸出電壓和負載更高的應(yīng)用，可以使用多種具備更高的最大電流和電壓規(guī)格的升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，雖然這些轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍可能受到限制。例如，MP3424 具備最高 9.5A 的開關(guān)管電流和 5.5V 輸出電壓，以及最低 2.0V 的上電電壓和最低 1.6V 的工作電壓。根據(jù)這些規(guī)格，可以看出 MP3424 可能不太適合單節(jié) AA 電池應(yīng)用；但是，通過使用特殊的電路技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計，我們可以獲取一種有用的解決方案。

更高功率的 AA 升壓電路

升壓轉(zhuǎn)換器電路使得開關(guān)電源路徑可以和輸入偏置相互分離，并且采用低功率輔助電源實現(xiàn)大電流升壓設(shè)計。圖 2 所示為?MP3424, 其電路將開關(guān)電流路徑和輸入偏置分離開來。

MP3424?輸入和使能引腳僅消耗極少量電流，如果在啟動之后，輸出被調(diào)節(jié)至高于 3V，那么設(shè)備會與輸出偏置。這意味著，偏置次級電源可能是一個小型 3V 鋰電池，是一個次級 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，或者是使用 AA 電池的充電泵設(shè)備。

MP3424?的最大開關(guān)電流限值為 9.5A，但包含一個電流檢測電路，可以產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的最大輸出電流。AA 電池的內(nèi)部電阻將峰值電流限制為最大約 3A，在輸入為 0.9V 時為約 2A（在實際輸入為 0.7V 時，ESR 損失為 0.1Ω x 2A = 0.2V）。RSENSE?可使用公式（1）計算得出：:

IOCL=VOCL?/ RSENSE

其中IOCL?是輸出恒定電流限值VOCL?= 30mV.

電流限值為 400mA 時，, RSENSE為0.075Ω. 當設(shè)備負載增大到電流限值時，峰值開關(guān)電流受到限制，以支持該電流（在輸出為 5V 時約為 3A）。因此，輸出電壓開始下降。輸出電壓保持為較低的恒定電壓，AA 電池則保持安全的峰值電流。如果負載增加，輸出最后會降低至低于輸入，上管 MOSFET 會將電流導入負載。如果 VOUT 降至預(yù)期輸出的 50% 以下，設(shè)備會進入短路限制和關(guān)斷狀態(tài)，并每隔 40μs 重試一次。

出色的便攜式脈沖電源

在滿足便攜式設(shè)備對間歇脈沖峰值功率的需求時，恒定電流功能非常有用。許多應(yīng)用需要傳感器、處理器和存儲器短時運行，然后關(guān)斷，并重復(fù)這種操作。這種過程可能隨處進行重復(fù)，頻率從幾百次/秒到僅僅一次/秒。因為所需功率可能超過單節(jié) AA 電池的峰值容量，另一種解決方案是增高至更高電壓，然后在兩次突發(fā)之間將電荷存儲在電容中。如此，電容可以在突發(fā)期間放電，然后再重新充電。

圖 3?所示為一個峰值脈沖供電系統(tǒng)示例應(yīng)用。

在此應(yīng)用中，負載為 5W，恒定保持 100μs（例如 IR LED），初始電壓為 5V，按 1.0ms 為間隔重復(fù)。MP3424 對一節(jié) AA 電池進行升壓，采用 1.5μH 電感，以及一個 220μF 電解輸出存儲電容。開關(guān)頻率固定為 580kHz，輸出電流限值設(shè)置為 0.3A 恒定值，以為輸出電容充電。采用放電電容電源提供恒定 5W，并得出一條放電曲線（參見圖 4）。該模擬曲線中包含電容的 30mΩ 串行電阻。

繼續(xù)閱讀 >>>請復(fù)制下方鏈接進入MPS官網(wǎng)查看：

https://www.monolithicpower.cn/202211_13