可滿載啟動的開關型轉換器

摘要：本文介紹的啟動電路由微處理器(μP)監控電路MAX809L和電荷泵組成，用于監視升壓轉換器的輸出電壓。高效升壓控制器MAX608用于提升輸出電壓，電荷泵電路受監控電路MAX809L控制，用于在輸出電壓達到其穩壓值時連接滿負荷負載。

當采用2節或3節電池供電時，圖1所示的升壓轉換器能夠以穩定的5V輸出供出高達500mA的電流。后端的啟動電路，或稱之為負載管制電路，在輸出達到穩定之前，將負載斷開。


圖1. 為保證在滿載下啟動，這個標準升壓轉換器中的附加電路可在輸出電壓建立之前斷開負載

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)能夠保證系統在電源電壓低至+1.8V時正常開啟，除非同時還帶有較重的負載。

正常操作要求柵極驅動電壓足夠高，以便使開關MOSFET具有較低的導通電阻。但在啟動階段，驅動電壓被限制于電池電壓。結果導致MOSFET過高的導通電阻會使轉換器輸出無法上升到預定電壓。另一方面，如果僅當VOUT達到一定容限以后才將輸出接向負載，MOSFET就可被完全打開，具有極小的導通電阻。

IC2中的的N溝道MOSFET額定參數為3.5A、12V，“完全導通”狀態的導通電阻為0.05Ω。其中的#2器件(位于左邊)被用作開關管，#1器件被用作高邊負載開關。負載開關的柵極驅動電壓由電荷泵(C4和雙二極管D2)提供，而電荷泵由L1下端的開關節點來驅動。剛啟動時，μP監控器(IC3)的復位輸出(引腳2的低輸出)可以阻止對C4充電。

然而，當IC3的引腳3電壓上升到高于4.65V時，引腳2變高，使C4在開關節點每次變低時通過右邊的二極管充電。每當節點變高后，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。啟動時，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，高邊開關才被打開并接通負載。

如果IC3的240ms上電延遲時間過長，可選用其它型號(如MAX821)的μP監控電路，以獲得1ms、40ms或200ms的延遲時間。這個升壓轉換器為脈沖頻率調制(PFM)，因此要求一個接近5μA的最小負載，以確保轉換器(同時也是電荷泵)斷續地動作。實際應用中，該最小負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載)，可將R3降低到1MΩ。

圖示電路具有超過80%的效率，對于2.0V的輸入可提供250mA輸出，而對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)的開關(如Temic的Si6946DQ)，則電路的啟動電壓可低至1.8V (但Temic器件具有較高的RDS(ON))。