使用合适的转换器从单节电池运行您的设计

如果您正在设计一种便携式设备，尤其是平均功率相当低的便携式设备，为什么不使用单节电池供电呢？我看到许多应用使用两个或三个原电池。这似乎是一种相当大的浪费，因为使用现成的低成本开关稳压器芯片就可以了。

当然，这些多节电池会增加电压，但是一个出色的高效升压转换器可以做到这一点，并为您保持良好的稳压电源。这真是一个甜蜜的应用理念，提供效率和小尺寸。

假设您需要 3.3V 电源，并且一如既往地希望从电池中获取尽可能多的能量。您可以使用一节标准类型的主 AAA 或 AA 尺寸电池 - 不可充电。在碱性电池或锂电池中，它们的能量密度比任何可充电电池都要高得多。

碱性电池的成本比锂电池低（低 1/3），但具有更高的内阻，因此在低放电率下工作得更好。此外，它们的能量密度约为 210Wh/kg，约为 1.5V 锂原电池 （Li-FeS2） 的一半。由于内部 Z 值很高，碱性电池的输出电压在高负载下会下降。数码相机中用过的碱性电池（高峰值负载）将留下足够的能量来运行厨房时钟两年。Energizer® Ultimate Lithium 品牌是 Li-FeS2 型锂电池 （1.5V） 的一个示例。它们具有 400WH/kg 的能量密度和相对较低的阻抗。

两种类型的 3.6V 一次锂离子电池

另一种类型的锂电池是锂亚硫酰氯（LiSOCI 2 或 LTC）。这种类型通常不会在药店中找到，并且比 Li-FeS2 类型贵很多，但它提供高达 500WH/kg 的能量密度。它的标称电压为 3.60V/cell，是最坚固的锂金属电池之一。LiSOCI 2电池提供比 1.5V Li-FeS2 类型更高的能量密度。

我还必须提到 LiSOCI 2 3.6V 电池有两个版本：线轴和螺旋缠绕。绕线管型具有更高的内部阻抗，但提供更高的能量密度和非常低的自放电率（《 1%/yr）。这种低自放电率意味着线轴型可以在非常低的电流应用中运行长达 40 年。

3.6V锂离子电池的使用已经很普遍。这种电池的主要缺点之一是必须使用升压/降压 DC-DC 转换器来提供标准的 3.3V 电源，因为电池电压范围在 2.7V 和 4.2V 之间。

有几种不同的拓扑可用于组合升压/降压转换器，最流行的是单端初级电感转换器 （SEPIC）。这是一个非隔离电压转换器，非常不反相，但也可以反相。

另一个经常被忽视的选项是升压转换器，后接低压差 （LDO） 稳压器。由于降压功能使用线性稳压器，因此通常认为效率较差。然而，当使用单个锂离子电池产生 3.3V 电压时，该电路的效率可以超过等效 SEPIC 电路的效率，并具有组件数量更少、成本更低和电路板空间更小的额外好处。

两个升压稳压器的示例

Maxim的MAX17220-MAX17225 是一个升压型 DC-DC 转换器 IC 系列，具有三个功率等级（电路图见图 1）。它们提供 225mA、0.5A 或 1A 峰值电感电流，并具有 0.40V 的最小 V IN。这些 IC 采用超低静态电流，并具有 Maxim 所称的 True Shutdown ™功能，可在没有正向或反向电流的情况下将输出与输入断开。它们的输出电压可以通过一个标准的 1% 电阻器来选择，并且借助这些器件的内置电源开关，电路设计只需要四个外部元件。

图1.MAX17220–MAX17225基本电路

这些 IC 在其整个负载范围内提供非常小的总解决方案尺寸和高效率（高达 95%）（参见图 2 中的框图）。它们的开关频率高达 2.5MHz，非常适合需要长电池寿命的电池供电应用。它们使用固定导通时间、限流、脉冲频率调制 （PFM） 控制方案。这些 IC 的 2 毫米 x 2 毫米 6 引脚 μDFN 或 0.88 毫米 x 1.4 毫米 6 凸点 WLP 封装可简化 PCB 布局。某些版本具有启动后启用瞬态保护 （ETP），允许输出在输入电压低至 400mV 时保持稳定。最小启动电压为 0.88V。

图 2. MAX17220–MAX17225 框图

MAX1705 和MAX1706 是高效、低噪声、升压DC-DC转换器，带有辅助线性稳压器输出。正如我之前提到的，3.6V 锂电池通常需要降压-升压拓扑来覆盖其使用寿命电压范围，但这些转换器结合了升压和线性稳压器，并且线性输出也是非常低噪声的电源。它们使用 300kHz 同步整流器 PWM 升压拓扑从电池输入（例如 1 至 3 节 NiCd/NiMH 电池或 1 节锂离子电池）产生 2.5V 至 5.5V 的输出。它们在整个工作电压范围内提供稳定的输出。MAX1705 有一个 1A n 沟道 MOSFET 开关，而 MAX1706 有一个 0.5A 开关。最小 V IN为 1.1V，它们具有 1μA 关断模式。

两款器件中的线性稳压器可提供高达 200mA 的电流。提高效率的跟踪模式可将升压型 DC-DC 转换器输出降低到比线性稳压器输出高 300mV。这些器件的效率比类似的非同步转换器高 5%。它们具有脉冲频率调制待机模式以提高轻负载时的效率，并具有 1µA 关断模式。这两款器件均采用 16 引脚 QSOP 封装，并具有两个用于推开/推开控制的关断控制输入，以及一个用作电压监视器的非专用比较器。它们采用 16 引脚 QSOP 封装，占用与 8 引脚 SO 相同的空间，并且处于标准或工业温度范围内。MAX1705评估套件可用于考虑用于一系列不同电池供电设计的 IC。

审核编辑：郭婷