Простая схема отключения нагрузки

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2017

Larry Suppan, Maxim Integrated

Application Note 657

Поместив схему отключения нагрузки на выходе индуктивного повышающего DC/DC преобразователя, можно обеспечить запуск регулятора при намного бóльших токах нагрузках, чем это было бы возможно без дополнительной схемы (Рисунок 1). В режиме отключения преобразователя эта схема полностью изолирует аккумулятор от нагрузки. Схема повышает напряжение одноэлементного NiMH аккумулятора до 3.3 В и обеспечивает выходные токи до 600 мА. Благодаря высокому КПД, низкому току потребления (например, 120 мкА в рабочем режиме, 20 мкА в спящем режиме) и достаточному току, отдаваемому после запуска, повышающие регуляторы являются отличными приборами для портативных приложений. Однако многие из них не могут запускаться при максимальных токах нагрузки, если входное напряжение низкое, что типично для схем с питанием от одноэлементных аккумуляторов. Эта проблема возникает в связи с тем, что низковольтные повышающие КМОП регуляторы получают питание от собственных выходов, напряжение на которых в момент запуска равно входному напряжению V_IN за вычетом падения напряжения на диоде. Низкие уровни входного напряжения не позволяют ключевому транзистору открыться полностью, поэтому, представляя большое сопротивление, транзистор ограничивает пиковый ток индуктивности. В результате схема не может отдать ток, достаточный для одновременного питания нагрузки и заряда выходного конденсатора.

Рисунок 1.	Добавление пары транзисторов позволяет импульсному регулятору запускаться при полной нагрузке и низких входных напряжениях.

Чтобы обойти эту проблему и обеспечить надежный запуск схемы, в большинство микросхем регуляторов добавляются цепи блокировки питания при пониженном напряжении (undervoltage lockout – UVLO). Так, например, микросхема IC₁ представляет собой синхронный повышающий преобразователь, работа которого не может начаться до тех пор, пока его выходное напряжение не превысит внутренний порог UVLO, равный 2.3 В.

а) б)
Рисунок 2.	Схема отключения нагрузки на Рисунке 1 позволяет регулятору запускаться при полной нагрузке и низких входных напряжениях (а). Небольшая модификация схемы на Рисунке 1 обеспечивает работу при выходном напряжении 5 В (б).

Вы можете обойти это ограничение с помощью внешнего MOSFET Q₁, работающего как прерыватель нагрузки, и компаратора «питание в норме» (power-OK – POK), имеющегося во многих низковольтных импульсных регуляторах. Резисторы R₃ и R₄ устанавливают порог этого компаратора равным 2.5 В, позволяя входному напряжению V_IN подниматься выше порога UVLO. Выходной сигнал POK, управляющий транзистором Q₁, сначала инвертируется MOSFET Q₂. Q₁ отключает нагрузку, давая возможность напряжению V_OUT увеличиться до уровня (выше UVLO), при котором транзистор Q₁ будет гарантированно полностью открыт. В результате даже при максимальной нагрузке схема может запускаться при входных напряжениях всего 0.8 В (Рисунок 2а). Поскольку напряжение обратной связи для регулятора берется до этого ключа, на выбор MOSFET для конкретного приложения влияют ток нагрузки и требуемое качество стабилизации выходного напряжения. Использованный в схеме MOSFET имеет низкое пороговое напряжение. Соединением входа FB (вывод 2) с землей и удалением из схемы резисторов R₁ и R₂ схема превращается в стабилизатор напряжения 5 В с примерно такими же характеристиками, как у варианта 3.3 В (Рисунок 2б).

Материалы по теме