ユビキタスな「電圧ウィザード」
最新の電子機器では、多くの場合、課題に直面します。システムは、重要なコンポーネントに電力を供給するために、入力電源よりも高い電圧を必要とします。たとえば、シングルセルのリチウム電池 (3.0V〜4.5 V) は、白色LED (約3.3 V) 、USBポート (5 V) に電力を供給する必要があります。またはオーディオアンプ (12 V)。この矛盾をエレガントかつ効率的に解決する方法は? 答えは、ブースト (ステップアップ) コンバータです。
スイッチング電源DC-DCコンバータファミリのコアメンバーの1つとして、Boost回路は効率的な「電圧マジシャン」のようなものです。これは、独創的なエネルギー貯蔵と解放を通じて入力電圧を必要なレベルに増加させます。スマートフォンのディスプレイのバックライトと電話のUSBポートによって提供される外部電源から新エネルギー車のパワートレインシステムまで、さらに、太陽光発電インバーターの最大パワーポイントトラッキングのコンテキストでは、単純なトポロジと高効率を備えたブーストコンバータは、パワーエレクトロニクスの分野で揺るぎない位置を確立しています。次に、ブーストコンバータの謎を明らかにします。
ブーストコンバーターファミリーとその動作原理
「系図」ポジショニング
ブーストコンバーターは、分離されていないDC-DCコンバーターであり、4つの基本的なスイッチングトポロジ (バック、ブースト、バックブースト、および Ć uk) の間のボルタージステップアップトポロジとして機能します。その特徴は、出力電圧が常に入力電圧よりも高い (Vo> VIN) ことである。
コアの働き原理
ブースト回路の基本原理は、インダクタにエネルギーを蓄え、それを入力電圧と直列に出力して、それによってステップアップ変換を実現することです (図1に示すように)。
図1ブースト回路の動作原理
フェーズ1: エネルギー贮蔵
スイッチM1がオンでM2がオフのとき、入力電圧VINはインダクタL全体に印加され、インダクタ電流ILを直線的に増加させ、磁気エネルギーの形で電気エネルギーを蓄えます。この間隔はt1 (図2に示すように) として示され、その間、負荷RLは出力コンデンサCoのみから電流を引き出します。
フェーズ2: エネルギー解放
スイッチM1をオフにし、M2をオンにすると、インダクタ電流が瞬時に変化することができず、左側が負の電位、右側が正の電位のバックEMFを生成します。このとき、インダクタの左端子の電圧はVINであり、右端子の電圧はVoです。入力ソースと一緒に、それらは出力コンデンサCを充電し、負荷抵抗RLに電力を供給します。この間隔は、 (図2に示すように) t2として示される。
ボルト-秒バランスの原理 (理想的な条件下) によれば、次の式を導き出すことができます。
VIN * t1 =(Vo-VIN)* t2 (1)
同時に、以下のために:
T = t1 + t2 = 1/f (2)
D = t1/T (3)
式 (1) 、 (2) 、および (3) に基づいて、デューティサイクルDと電圧の関係は次のように導き出すことができます。
D =(Vo-VIN)/Vo (4)
図2に示すように、BoostコンバータがCCMで動作する場合の各コンポーネントの波形は次のとおりです。
図2 BoostコンバータのCCM動作におけるさまざまなコンポーネント間の波形
式 (4) の単純な変形をする:
デューティサイクル-電圧関係 (理想的)
Vo = VIN / (1 - D) (5)
VINがVoに近づくと、このとき、デューティサイクルDは徐々に低下する。従来のBoostアーキテクチャには、最小t1時間と最小t2時間があります。入力電圧VINが必要なVoに近いか、またはそれよりもわずかに高いとき、デューティサイクルDは非常に小さくなる。このとき、スイッチング損失と伝導損失の割合が増加し、軽い負荷または狭い差圧での効率の急激な低下をもたらします。Aiweiは、この問題点に特に対処するためにPTM (パススルーモード) を備えたAW3615ACSR SmartBoostを発売しました。
1.超効率的な「直接」モード
図3に示すように、VINがVo (または指定しきい値) を超えると、ブーストスイッチM1は完全にオフになり、M2は継続的にオンのままになります。図3に示すように、インダクタLはエネルギーを蓄えなくなり、電流が直接エネルギーを流れ、入力電圧から出力電圧へのバイパス経路を確立します。このモードでは、電流経路はごくわずかな損失を経験します (M2のオン抵抗Rds(on) とインダクタのDCRのみ)。効率は99% を超える可能性があり、このアプリケーションの従来のブーストトポロジをはるかに上回っています。
図3 PMTモード信号経路の概略図
2. インテリジェントモード切替
SmartBoostチップは、入力電圧の変動に応じて「ブーストモード」と「PTMパススルーモード」を自動的に移行するインテリジェントモード切り替えロジックを備えています。入力電圧がVIN_PTMエントリしきい値を超えると、ブーストモードからPTMモードに切り替わります。VINがVIN_PTMを下回ると (つまり、VIN_PTM ± Vhys) 、ブーストモードに入ります。図を図4に示します。
図4モード切り替えプロセス
その中には：
1) VIN_bypass + はバイパスモードを有効にし、VIN_bypass-はバイパスモードを無効にします。
2) VIN_UVLOは低電圧ロックアウト (UVLO) リリースしきい値であり、VIN_UVLO-はUVLOエントリーしきい値です。
PTMの高効率モードをサポートすることに加えて、AW3615ACSRはPSM (軽負荷効率モード) とPWM動作も備えています。入力電圧範囲全体および全負荷スペクトルにわたって高効率を確保します。通常のブーストモードでは、効率は92% を超えることがあり、さまざまな条件下での効率曲線は以下に示されています。
図5モード切り替えプロセス
さらに、AW3615ACSRは、2.5Vから5.5Vの広い入力電圧範囲と1.5Aの連続出力電流機能を備えた同期ステップアップDC-DCコンバーターです。2.5MHzのスイッチング周波数で、AW3615ACSRは低出力電圧リップルを実現し、コンパクトな外部インダクタとコンデンサのフットプリントを可能にします。以下は、AW3615ACSRに関する情報です。
図6典型的なアプリケーションブロック図
沪ICP备10011954号 |
沪公网安备 31011202011955号
