超低输入电压升压电路解决方案

　　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1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。

　　图1 驱动电压取自输入电源

　　那么，若如图2所示，在输出端取电又如何呢?

　　图2 驱动电压取自输出电压

　　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，如图3所示。

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　　图3 增加启动IC的升压电路的启动

　　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-882Z20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VIN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4所示。

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　　图4 S-882Z内部结构框图

　　下面，我们就来具体看看S-882Z的工作原理(见图5)。

　　图5 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。

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　　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～