可滿載啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)型轉(zhuǎn)換器

摘要：本文介紹的啟動(dòng)電路由微處理器(μP)監(jiān)控電路MAX809L和電荷泵組成，用于監(jiān)視升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。高效升壓控制器MAX608用于提升輸出電壓，電荷泵電路受監(jiān)控電路MAX809L控制，用于在輸出電壓達(dá)到其穩(wěn)壓值時(shí)連接滿負(fù)荷負(fù)載。

當(dāng)采用2節(jié)或3節(jié)電池供電時(shí)，圖1所示的升壓轉(zhuǎn)換器能夠以穩(wěn)定的5V輸出供出高達(dá)500mA的電流。后端的啟動(dòng)電路，或稱之為負(fù)載管制電路，在輸出達(dá)到穩(wěn)定之前，將負(fù)載斷開(kāi)。


圖1. 為保證在滿載下啟動(dòng)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)升壓轉(zhuǎn)換器中的附加電路可在輸出電壓建立之前斷開(kāi)負(fù)載

IC1的V+端(引腳2)為芯片提供電源與反饋。這種自舉工作方式(芯片由其自身的輸出電壓供電)能夠保證系統(tǒng)在電源電壓低至+1.8V時(shí)正常開(kāi)啟，除非同時(shí)還帶有較重的負(fù)載。

正常操作要求柵極驅(qū)動(dòng)電壓足夠高，以便使開(kāi)關(guān)MOSFET具有較低的導(dǎo)通電阻。但在啟動(dòng)階段，驅(qū)動(dòng)電壓被限制于電池電壓。結(jié)果導(dǎo)致MOSFET過(guò)高的導(dǎo)通電阻會(huì)使轉(zhuǎn)換器輸出無(wú)法上升到預(yù)定電壓。另一方面，如果僅當(dāng)VOUT達(dá)到一定容限以后才將輸出接向負(fù)載，MOSFET就可被完全打開(kāi)，具有極小的導(dǎo)通電阻。

IC2中的的N溝道MOSFET額定參數(shù)為3.5A、12V，“完全導(dǎo)通”狀態(tài)的導(dǎo)通電阻為0.05Ω。其中的#2器件(位于左邊)被用作開(kāi)關(guān)管，#1器件被用作高邊負(fù)載開(kāi)關(guān)。負(fù)載開(kāi)關(guān)的柵極驅(qū)動(dòng)電壓由電荷泵(C4和雙二極管D2)提供，而電荷泵由L1下端的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)。剛啟動(dòng)時(shí)，μP監(jiān)控器(IC3)的復(fù)位輸出(引腳2的低輸出)可以阻止對(duì)C4充電。

然而，當(dāng)IC3的引腳3電壓上升到高于4.65V時(shí)，引腳2變高，使C4在開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)每次變低時(shí)通過(guò)右邊的二極管充電。每當(dāng)節(jié)點(diǎn)變高后，C4上的電壓加上輸出電壓，將MOSFET柵極(G1)提升到大約9.5V。該電平由于柵–源電容上的電荷而得到保持。啟動(dòng)時(shí)，電荷泵輸出斜升到4.5V，然后，在IC3的RESET輸出變高后上跳至9.5V。這時(shí)，高邊開(kāi)關(guān)才被打開(kāi)并接通負(fù)載。

如果IC3的240ms上電延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可選用其它型號(hào)(如MAX821)的μP監(jiān)控電路，以獲得1ms、40ms或200ms的延遲時(shí)間。這個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器為脈沖頻率調(diào)制(PFM)，因此要求一個(gè)接近5μA的最小負(fù)載，以確保轉(zhuǎn)換器(同時(shí)也是電荷泵)斷續(xù)地動(dòng)作。實(shí)際應(yīng)用中，該最小負(fù)載可由肖特基二極管(D1)的反相漏電流提供，但是如果D1選用了低漏電的非肖特基整流器(或者只是為了保證負(fù)載)，可將R3降低到1MΩ。

圖示電路具有超過(guò)80%的效率，對(duì)于2.0V的輸入可提供250mA輸出，而對(duì)2.7V的輸入可供出500mA。Harris的MOSFET具有2.0V的最大VGS(TH)，如果選用更低VGS(TH)的開(kāi)關(guān)(如Temic的Si6946DQ)，則電路的啟動(dòng)電壓可低至1.8V (但Temic器件具有較高的RDS(ON))。