本文的关键要点:
・二极管整流升压型DC-DC转换器关断时,输出不会变为0V,而是会输出VIN-VF的电压。
・同步整流升压型型DC-DC转换器关断时,受高边开关所用FET的寄生二极管影响,也会输出VIN-VF的电压。
・由于关断时输出的电压很低,因此负载电路可能会发生误动aa作,流经负载电路和电压设置电阻的电流会导致待机功耗增加。
・具有背栅控制功能的同步整流升压型DC-DC转换器,可以通过取消寄生二极管来使关断时的输出变为0V,从而防止负载电路误动作和待机功耗增加。
前言
通过关断降压型DC-DC转换器停止其开关工作,使输出电压变为零,停止向负载电路供电,此时电源消耗的唯一功耗是电源电路关断时的自耗电流。然而,对于升压型DC-DC转换器而言,大多数情况下,即使因停止开关而停止升压工作,电源电压VIN在输出时也不会被升压。受流入与输出端连接的电路的电流影响,可能会流过比电源电路关断时的自耗电流更多的电流,这可能会导致计算待机消耗电流时出现问题。
在本文中,我们将分“二极管整流升压型DC-DC转换器”、“同步整流升压型DC-DC转换器”、“流经电压设置电阻的电流造成的待机电流消耗”和“带背栅控制功能的同步整流方式”几部分,来介绍升压电源关断时对输出电压的影响及对策。
二极管整流升压型DC-DC转换器
在二极管整流方式中,由于存在从VIN经过电感器和整流二极管的路径,因此即使开关工作因关断而停止,VOUT也会输出(VIN-VF)的电压。由于电压仍然施加在负载电路上,在某些VIN电压条件下,负载电路会消耗电流,待机消耗电流会增加。另外,向负载电路施加半途而废的低电压可能会导致误动作,某些情况下需要配备输出截止电路。
同步整流升压型DC-DC转换器
在同步整流的情况下,高边开关使用的是FET,在关断时,高边开关会因为没有栅极驱动而处于OFF状态。然而,FET的寄生二极管会形成电流路径,因此VOUT还是会输出(VIN-VF)的电压。
流经电压设置电阻的电流造成的待机电流消耗
电源有连接到VOUT的电阻分压器,用来设置输出电压。在工作时,会有VOUT÷(R1+R2)的电流流过该电阻。当电源关断时,VOUT电压下降,流过电压设置电阻的电流减少,但待机消耗电流会增加。可以通过增加电阻值来减小该电流,但该电阻器需要能够承载误差放大器输入偏置电流100倍以上的电流。如果不能承载这样大的电流,则输出电压VOUT将因温度等因素导致的输入偏置电流波动而发生较大变化,从而影响输出电压误差,因此不能随便增加电阻值。2000年以前的电源IC,很多是双极型产品,输入偏置电流为数十微安(μA)级,因此需要从电压设定电阻上流过数毫安(mA)级的电流。然而,2000年以后的电源IC,CMOS产品已经普及,输入偏置电流已降至纳安(nA)级,流经电压设置电阻的电流也降至数十微安(μA)级。即便如此,如果是移动设备等通过电池供电的应用,微安(μA)级的电流消耗也会影响续航时间,甚至导致问题发生。
为了消除电压设置电阻造成的电流消耗并减少待机消耗电流,一些电源产品会内置可在关断时将电压设置电阻与GND断开的开关。
带背栅控制功能的同步整流方式
在IC中内置有高边开关FET的同步整流方式电源IC,有些产品具有向FET的背栅施加偏压的电路,可通过控制该电路来消除寄生二极管。这个开关可以切断FET的寄生二极管形成的电流路径,因此在关断时输出电压会变为0V,从而可以防止负载电路发生误动作,并确保电源复位,还能消除电压设置电阻和负载电路导致的电流消耗(使该消耗电流为零)。