Выбор оптимального решения
При выборе системы питания устройства с батарейным питанием всегда возникают одни и те же проблемы. Возьмём в качестве примера устройство, для которого требуется выходное напряжение 1.8 В при выходном токе от 0 до 300 мА и в котором используется один ионно-литиевый аккумулятор. Номинальное напряжение ионно-литиевого элемента равно 3.6 В при допустимом диапазоне напряжений от 2.8 до 4.2 В. Для такого приложения можно просчитать, сравнивая КПД, варианты применения всех трёх типов устройств: импульсного понижающего преобразователя, преобразователя с подкачкой заряда и линейного стабилизатора напряжения.
Преобразователь с подкачкой заряда ТС7662А для такого приложения подходит меньше всего, и основная причина заключается в том, что это устройство инвертирует напряжение. В другом приложении с батарейным питанием возможно и понадобится источник питания с отрицательным напряжением, но в данном случае получить напряжение 1.8 В, воспользовавшись микросхемой ТС7662А, мягко говоря, будет очень сложно. Очевидно, что это основная причина, хотя имеются и другие доводы, почему преобразователь с подкачкой заряда нельзя использовать в этом приложении.
Из Рис. 9.6 видно, что зависимость КПД от выходного тока для данного преобразователя достигает оптимума в диапазоне выходных токов от 1 до 10 мА, а это свидетельствует, что такое устройство лучше подходит для слаботочных приложений. Несмотря на свою дешевизну, преобразователь с подкачкой заряда даёт высокий уровень шумов проводимости, вызванный изменением тока во времени, 6//6/, а паразитные индуктивности выводов, внутренних проводников и корпуса микросхемы могут стать локальными источниками электромагнитного излучения. Кроме того, КПД данного преобразователя в таком приложении оставляет желать лучшего.
Возможным вариантом решения для системы питания этого приложения может быть LDO-стабилизатор напряжения. Схемотехническую реализацию такого источника питания на микросхеме ТС 1185 выполнить очень просто, поскольку здесь используется очень мало внешних компонентов. Тем не менее, зависимость КПД такого стабилизатора от напряжения источника питания на входе будет не очень сильной по сравнению с другими возможными вариантами решения.
Поскольку диапазон выходных напряжений аккумулятора довольно широк, то потребуется более частая его подзарядка, чем при использовании импульсного понижающего преобразователя напряжения. Например, мощность рассеивания линейного стабилизатора напряжения составляет 240 мВт при входном напряжении 4.2 В и токе нагрузки до 100 мА. Положительным моментом является то, что микросхема ТС1185 не создаёт электромагнитных помех.
Для нашего устройства наилучшим выбором, если только не брать во внимание электромагнитные помехи, будет понижающий импульсный преобразователь. Микросхема ТС 105 может легко обеспечить выходное напряжение 1.8 В с хорошим запасом по регулировке. Зависимость КПД от напряжения источника питания на входе для этого устройства относительно высока (приблизительно 90%) в полном диапазоне изменения входного напряжения источника питания (см. Рис. 9.5). Хотя зависимость КПД от выходного тока не столь идеальна во всём диапазоне изменения тока нагрузки (Рис. 9.6), всё-таки это будет лучшим выбором в данной ситуации.
При разработке источников питания для систем с батарейным питанием расчёт КПД стоит во главе угла. Вариантами выбора для этого приложения могут быть импульсный преобразователь напряжения понижающего типа, импульсный преобразователь с подкачкой заряда и линейный LDO-стабилизатор напряжения. Для систем, где возможен широкий разброс входного напряжения источника питания, импульсный преобразователь понижающего типа, несомненно, будет лучшим выбором. Если система работает в узком диапазоне небольших токов, лучше всего использовать импульсный преобразователь с подкачкой заряда. И наконец, если для системы требуется регулируемое выходное напряжение с низким уровнем шумов при управляемой мощности рассеяния, то линейный стабилизатор напряжения обеспечит вполне удовлетворительные результаты.
