유비쿼터스 "전압 마술사"
현대 전자 장비에서 우리는 종종 모순에 직면합니다. 시스템은 핵심 구성 요소를 구동하기 위해 입력 전력보다 높은 전압을 필요로합니다. 예를 들어, 단일 리튬 배터리 (3.0V-4.5V) 는 흰색 LED (약 3.3V), USB 인터페이스 (5V) 에 전원을 공급해야 합니다. 또는 오디오 앰프 (12V).이 모순을 우아하고 효율적으로 해결하는 방법? 대답은 부스트 변환기입니다.
스위칭 전원 공급 장치 DC-DC 변환기 제품군의 핵심 멤버 중 하나로서, 부스트 회로는 효율적인 "전압 마술사" 와 같습니다. 독창적 인 에너지 저장 및 방출을 통해 입력 전압을 필요한 수준으로 증가시킵니다. 스마트 폰의 디스플레이 백라이트, 휴대폰 USB 인터페이스의 외부 전원 공급 장치, 신에너지 차량의 전원 시스템에 이르기까지,그런 다음 광전지 인버터의 최대 전력 점 추적에 간단한 토폴로지와 효율적인 성능을 갖춘 부스트 컨버터는 전력 전자 분야에서 흔들리지 않는 위치를 확립했습니다. 다음으로 우리는 부스트 변환기의 신비를 밝혀냅니다.
부스트 컨버터 패밀리 및 작동 원리
족보 위치
Boost는 분리되지 않은 DC-DC 변환기이며 네 가지 기본 스위치 토폴로지 중 하나입니다 (벅 벅, 부스트 부스트, 벅-부스트 부스트 부스트 및 등). 핵심 기능은 출력 전압이 항상 입력 전압 (Vo> VIN) 보다 높다는 것입니다.
핵심 작동 원리
부스트 회로의 본질은 인덕터를 통해 에너지를 저장하고 부스트를 달성하기 위해 입력 전압과 직렬로 출력하는 것입니다 (그림 1).
그림 1 부스트 회로의 작동 원리
1 단계: 에너지 저장
스위치 M1 이 켜지고, M2 가 꺼지고, 입력 전압 VIN이 모두 인덕터 L의 양단에 적용되고, 인덕터 전류 IL은 선형 적으로 증가하고, 전기 에너지는 자기 에너지의 형태로 저장됩니다. 이 기간은 t1 로 기록됩니다 (그림 2 와 같이). 이 때, 부하 RL에 의해 요구되는 전류는 출력 커패시터 Co. 에 의해 별도로 전력이 공급된다.
2 단계: 방출 에너지
스위치 M1 이 꺼지고 M2 가 켜지고 인덕터 전류가 갑자기 변할 수 없어 왼쪽 음 및 오른쪽 양의 후방 기전력을 생성합니다. 이때 인덕터의 왼쪽에있는 전압은 VIN이고 오른쪽의 전압은 Vo, 출력 커패시터 C를 충전하고 입력 전원 공급 장치와 함께 부하 RL에 전원을 공급합니다. 이 기간은 t2 로 기록됩니다 (그림 2 와 같이).
볼트 초 (이상적인 조건) 의 법칙에 따르면 다음과 같이 얻을 수 있습니다:
VIN * t1 = (VO-VIN)* t2 (1).
동시에 만기:
T = t1 + t2 = 1/f (2)
D = t1/T (3)
공식 (1), (2) 및 (3) 에 기초하여 듀티 사이클 D와 전압 사이의 관계를 도출 할 수 있습니다.
D = (vo-vin)/vo (4)
아래 그림 2 는 Boost가 CCM 모드에 있을 때 각 장치의 파형을 보여줍니다.
부스트가 CCM 모드일 때 각 장치의 그림 2 파형
공식 (4) 의 간단한 변형을하십시오.
듀티 사이클 대 전압 (이상)
Vo = VIN / (1 - D) (5).
VIN Vo 가까워지면, 이 시간 듀티 사이클 D 점차 감소할 것입니다. 기존의 Boost 아키텍처는 최소 t1 시간과 최소 t2 시간을 갖습니다. 입력 전압 VIN이 필요한 Vo보다 가깝거나 약간 높으면 듀티 사이클 D가 매우 작아집니다. 이때 스위칭 및 전도 손실의 비율이 증가하여 경부하 또는 좁은 차압 하에서 효율이 급격히 감소합니다.Ai는 이 문제를 해결하기 위해 PTM (패스 스루모드) 모드와 함께 AW3615ACSR SmartBoost를 시작했습니다.
1. 매우 효율적인 "직선" 모드
VIN > Vo (또는 설정된 임계 값 이상) 가 감지되면 (그림 1 과 같이). 3), 부스트 스위치 M1 이 완전히 꺼지고 M2 가 항상 켜지고 인덕터 L에는 더 이상 에너지 저장 기능이 없으며 전류가 통과합니다. 입력 전압에서 출력 전압까지의 관통 경로를 형성합니다 (그림 3 참조). 이 모드에서 현재 경로는 거의 무손실입니다 (M2 의 온 저항 Rds(on) 및 인덕턴스 DCR 만).효율은이 시나리오에서 전통적인 Boost의 효율성을 훨씬 능가하는 99% 까지 높을 수 있습니다.
그림 3 PMT 모드 경로의 개략도
2. 지능형 모드 전환
SmartBoost 칩에는 지능형 모드 전환 로직이있어 입력 전압이 변동하면 "부스트 부스트 모드" 와 "PTM 통과 모드" 사이를 자동으로 전환 할 수 있습니다. 입력 전압이 VIN_PTM 의 진입점을 초과하면 부스트 모드에서 PTM 모드로 전환됩니다. VIN이 VIN_PTM 보다 낮을 때-(I. E. VIN_PTM +-Vhys보다 낮음)그림 4 와 같이 부스트 모드로 들어갑니다.
그림 4 모드 전환 프로세스
그중:
1)VIN_bypass + 는 우회 모드를 종료하기 위해 VIN_bypass-is, 우회 모드를 입력하는 것입니다
2)VIN_UVLO + 는 칩 저전압 보호 출구 임계 점, VIN_UVLO-is 칩 저전압 보호 입구 임계 점입니다
AW3615ACSR 는 PTM의 고효율 모드를 지원하는 것 외에도 PSM (경량 고효율 모드) 및 PWM 모드를 지원하여 전체 VIN 및 전체 부하 범위에서 높은 효율을 보장합니다. 일반 부스트 모드에서 효율은 최대 92% 를 초과 할 수 있습니다. 다른 조건에서의 효율 곡선은 다음과 같습니다.
그림 5 모드 전환 프로세스
또한 AW3615ACSR 은 2.5V ~ 5.5V 의 넓은 입력 전압 범위와 1.5A 연속 출력 전류 기능을 갖춘 동기식 부스트 DC-DC 컨버터입니다. AW3615ACSR 은 2.5 MHz의 스위칭 주파수에서 낮은 출력 전압 리플 및 작은 외부 인덕턴스 및 커패시터 크기를 달성합니다.다음은 AW3615ACSR 관련 정보입니다.
그림 6 일반적인 응용 블록 다이어그램
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