用低輸入電源產生高 DC 輸出電壓

無論是要驅動白光 LED 背光或供電給 RF 和類比電路、筆記型電腦、平板裝置和其他行動裝置，電壓皆須比輸入電源電壓更高。 因此，升壓 DC/DC 轉換器會產生比輸入電壓高數倍的輸出電壓，以便因應這些系統內的多種電路和功能。 舉例而言，在電池供電式系統內，輸入電壓通常為 5 V 以下，但若要為 RF／類比功能供電或驅動薄膜電晶體 (TFT) 液晶顯示器 (LCD)，則需要 15、24 V 甚至更高的電壓。 同樣地，光學接收器內的突崩光電二極體 (APD) 要進行偏壓也需要高電壓。

為了滿足此需求，Analog Devices 新增兩款低電壓 DC/DC 升壓轉換器產品。 ADP1612 和 ADP1613 DC/DC 轉換器能讓設計人員將最低 1.8 V 的輸入電壓升壓至最高 20 V 輸出電壓。這些 DC/DC 轉換器採用薄型封裝和高切換頻率操作，能針對相當重視低功耗且 PC 板空間有限的可攜式應用提升其電池續航力。

ADP1612 支援的輸入 DC 電壓範圍介於 1.8 至 5.5 V；ADP1613 的輸入 DC 電壓範圍介於 2.5 至 5.5 V。輸出電壓可調整，因此能在未調節輸入電壓的操作下讓升壓轉換器延長電池續航力。 升壓轉換器採用脈寬調變 (PWM) 電流模式架構針對各種負載情況調節輸出電壓，有助於在啟動時減少湧入電流的產生機率。 因此，本元件能達到高達 94% 的效率，並具備快速暫態響應和穩定輸出電壓位準，進而提升系統可靠性。

升壓轉換器的典型應用電路如圖 1 所示。 ADP1612 和 ADP1613 皆可在 650 kHz 或 1.3 MHz 下操作。 切換頻率越高即可使用更小的電感，且切換頻率每次加倍，效率會降低約 2%。 這些轉換器的切換頻率可由引腳選擇。 在 650 kHz 操作下，FREQ 引腳會接至接地 (GND)，若接至 V_IN 引腳，則可進行 1.3 MHz 操作。

 

圖 1：採用切換式轉換器 ADP1612/1613 的典型 DC/DC 升壓配置。

電感是升壓穩壓器的重要元件之一，能在電源切換的導通時間內儲存能量，然後透過輸出整流器，在休止時間內將該能量轉移到輸出。 在應用說明中¹，Analog Devices 說明如何在低電感電流漣波和高效率之間進行平衡和折衷。 此文件建議電感值應介於 4.7 至 2.2 μH 之間。

在指定實體尺寸下，電感的電感值較低則具有較高的飽和電流和較低的串聯電阻；較低的電感值會產生較高的峰值電流，進而降低效率、增加漣波和雜訊。 因此，若要縮減電感尺寸並提升穩定度，根據 Analog Devices 的應用說明所述，最好讓升壓轉換器以非連續導通模式運作。 應用說明也進一步提出，峰值電感電流（最大輸入電流加上一半的電感漣波電流）必須低於電感的額定飽和電流，且輸入到穩壓器的最大 DC 電流必須低於電感的 RMS 電流額定值。

這兩款升壓轉換器皆具備 ADI 的 ADIsimPower™ 設計工具組支援，有助於設計人員產生完整的線路圖和物料清單，且僅需幾分鐘就可計算效能。 ADIsimPower 能讓設計在成本、覆蓋區、效率和零件數量層面上達到最佳化，亦將 IC 和所有實際外接元件的操作條件與限制皆納入考量。

ADI 的典型升壓轉換器評估板 ADP1612-BL3-EVZ 提供完整的 DC/DC 升壓轉換器，並具備精選元件，能在完整的輸入範圍和負載情況下進行操作，供應 5 V (ADP1612) 和 12 V (ADP1613) 輸出電壓。 變更 R1 和 R2 即可調整評估板，達到不同的輸出電壓。 依據評估板文件說明，圖 1 的 L1、D1、C_COMP 和 R_COMP 亦可進行調整或重新計算，以便確保穩定操作。

為了供電給 LCD 背光用的白光 LED 或產生 LCD 偏壓電源，Texas Instruments 推出 TPS61040/41 高度整合式低功率升壓轉換器（圖 2），能從雙節 NiMH/NiCd 或單節鋰離子電池輸入提供高達 28 V 的輸出電壓。 此元件亦可從 3.3 或 5 V 輸入產生標準的 12 V 輸出。

 

圖 2：整合式升壓轉換器 TPS61040/41 的操作頻率高達 1 MHz，僅需少數外接元件。

此轉換器採用小型 SOT23 和 SON 封裝，可在高達 1 MHz 的切換頻率下操作。 此元件內建輸出功率 MOSFET，僅需少數外接元件。 具有高切換頻率，因此可採用陶瓷或鉭質輸出電容。 TPS61040 具有 400 mA 的內部切換電流限制；TPS61041 的切換電流限制則為 250 mA。 此外，本元件具有低靜態電流（典型值 28 μA）以及最佳化的控制機制，因此能在整個負載電流範圍內達到相當高的效率。

更高的 DC 輸出

若您的電路需要更高的電壓，TI 的 TPS61170 會是實用的選擇。 此單晶片高電壓切換式穩壓器具有整合式 1.2 A、40 V 功率 MOSFET。 此元件的輸出電壓高達 38 V。根據規格書，此元件提供多種標準切換穩壓器拓撲，包括升壓和單端初級電感轉換器 (SEPIC)。 此元件具備寬廣的輸入電壓範圍，支援採用多節電池或 5 V、12 V 穩壓電源軌提供輸入電壓的應用。

其他半導體供應商也提供高輸出電壓升壓轉換器，包括 Linear Technology Corp. 和 Maxim Integrated 等。 例如 Linear 就開發出電流模式升壓 DC/DC 轉換器，能針對光學接收器內的突崩光電二極體 (APD) 進行偏壓（圖 3）。 LT3571 能產生高達 75 V 的輸出電壓，具有高側固定式壓降 APD 電流監測器，並可在整個溫度範圍內達到優於 10% 的相對準確度。 透過功率開關、肖特基二極體和 APD 電流監測器的整合，能達到小型覆蓋區且低成本的解決方案。 結合傳統電壓迴路和獨特的電流迴路，因此能當作恆定電流來源或恆定電壓來源。

 

圖 3：LT3571 架構 5 至 45 V 升壓電源供應器電路能對突崩光電二極體進行偏壓。

Linear 的產品組合中亦具有輸出電壓高達 40 V 的升壓轉換器，適用於 LED 驅動和 LCD 偏壓應用。 產品包括 LTS3494/A 和 LT1615。 TS3494/A 專為提供高達 40 V 的輸出電壓所量身打造，LT1615 則具有高達 34 V 輸出電壓額定值。

此外，Maxim 的 MAX1605 能將低至 0.8 V 的電池電壓升壓至高達 30 V 輸出電壓。 此轉換器具有整合式 0.5 A MOSFET，可減少外接元件數量，並採用高切換頻率，可使用小型的表面黏著式元件。 電流限制可設定為 500、250 或 125 mA，藉此在低電流應用中降低輸出漣波和元件尺寸。

總而言之，許多主要 IC 製造廠皆有提供升壓轉換器能供應高輸出 DC 電壓。 每樣產品皆有其優缺點，端看設計需求而定。工程師應詳讀規格表，瞭解主要規格後再選擇適合應用的零件。 若要深入瞭解此文章所述之零件，請使用本文所提供的連結進入 DigiKey 網站的產品頁面。

參考資料：

1. 應用說明 AN-1132，《如何運用 DC/DC 升壓穩壓器》，作者為 Ken Maraso，Analog Devices Inc.，Norwood, MA