Структуры питания на повышающих преобразователях

Структурное проектирование простейших подсистем питания для портативных изделий

Для детального структурного проектирования (оформления) подсистемы питания нами были выработаны условные обозначения (граф е мы). Они представлены на рисунках 8.1.**. Их мы будем использовать при построении описываемых ниже структур питания.

Рассмотрим несколько структурных вариантов питания, имеющих различные виды первичных источников электрической энергии.

Рисунки 8.1.** Графемы возможных преобразователей питания

Типовое напряжение питания современных электронных схем в настоящее время составляет 3,3 В (как цифровых, так и многих аналоговых цепей). Типовой диапазон выходного напряжения одного элемента питания составляет 0,9…1,5 В, двух последовательно включённых соответственно – 1,8…3,0 В. Таким образом формирователь питания электронных схем, использующий один или два элемента, должен иметь повышающее свойство (Step-Up Regulators).

На рис. 8.2.1 представлены две структурные схемы подсистемы питания портативного СИ, в одной из которых использована только одноэлементная батарея или аккумулятор с номинальным напряжением 1,2…1,5 В (рис. 8.2.1А), в другой использованы по два элемента батарей или аккумуляторов (рис. 3.1Б). Структуры выглядят идентично, но разделив их, мы обращаем внимание на тот факт, что часто производители, оптимизируя характеристики преобразователей, ориентируют изделия на подключение именно одного или именно двух элементов питания, хотя на рынке присутствуют и преобразователи, допускающие альтернативное подключение одного или двух элементов питания. Представленные структуры содержат также типовые компоненты дальнейшей трансформации стабилизированного питания: установлен LDO-преобразователь для уменьшения шумовых составляющих U1, питание аналоговых схем (АUсс) «развязано» от питания цифровых (DUсс) с помощью простого RC-фильтра (возможна замена на высокочастотный малогабаритный LC-фильтр). При необходимости, менее чувствительные к шумам схемы можно питать напряжением U1, однако следует учитывать, что оно несколько выше напряжения, генерируемого LDO-преобразователем.

Несколько слов о технике согласования КП с LDO-преобразователем. Для снижения потерь в LDO-преобразователе допустимое проходное напряжение (вход-выход) стараются делать как можно меньшим. Реально оно имеет значение 80…500 мВ. Однако, чтобы реализовать в полной мере эту особенность LDO-преобразователя, необходимо выходное стабилизированное напряжение КП выбирать умело.

Пример: пусть необходимо получить на выходе LDO-преобразователя стабилизированное напряжение со значением 3,3 В±5% на холостом ходу. Использован LDO-преобразователь с гарантированным падением напряжения 200 мВ в линейной области его работы. Предъявить требование к выходным характеристикам предустановленного КП.

Решение: известно, что выходное напряжение преобразователей питание задаётся производителем, либо отдельные версии преобразователей допускают установку этого напряжения пользователем - путём подключения прецизионного делителя. Рассмотрим два этих варианта реализации структуры.

Первый вариант решения использует КП с детерминированным номинальным выходным напряжением. Считаем: для нормальной работы LDO-преобразователя необходимо, чтобы выходное напряжение КП было больше или равно 3,3 В±5% +0,2 В. Для наихудшего случая это напряжение должно быть равным 3,67 В. Ближайший стандартизированный номинал, не требующий особого поиска при реализации имеет значение 5,0 В±5%. Таким образом на LDO-преобразователе будут падать в наихудшем случае «лишние» 1,58 В. Т.е. к.п.д. упадёт на 30%.

Второй вариант решения использует КП с программируемым выходным напряжением. Неточность установки выходного напряжения будет определяться погрешностями применённого делителя. Необходимо при этом иметь в виду, что эта неточность будет складываться из погрешности производства резисторов и погрешности округления рассчитанного значения до ближайшего доступного номинала. Пусть эта погрешность не превысит ±2%, тогда при выборе резисторов будем ориентироваться на выходное напряжение 3,67+3%=3,78 В. Очевидно, что потери в этом случае будут существенно меньше, чем в первом случае.