Обзор микросхем DC-DC преобразователей напряжения для мобильных устройств с двумя-тремя Li-ion или Li-pol аккумуляторами

Привлекательность мобильного устройства обусловливается выгодным сочетанием потребительских характеристик: цены, качества, производительности и, собственно, степенью мобильности. Понятие «мобильность» с точки зрения потребителя можно интерпретировать как продолжительное время работы при малых габаритах. В настоящее время это требование выполняется при использовании литий-ионных (Li-ion) либо литий-полимерных (Li-pol) аккумуляторов. К сожалению, рекомендованные напряжения питания большинства современных микросхем не совпадают с номинальным напряжением данных аккумуляторов, не говоря уже об устройствах, требующих нескольких существенно различных напряжений питания (некоторые дисплеи, специализированные микросхемы и т. д.). Возникает вопрос преобразования напряжения аккумулятора в нужные для мобильного устройства напряжения с наименьшими потерями при минимальных габаритах. Преобразование (понижение, повышение, инвертирование) постоянных напряжений позволяет осуществлять микросхемы DC/DC-преобразователей.

На рынке электронных компонентов представлен широкий спектр DC/DC-преобразователей различных фирм, поэтому будем рассматривать преобразователи, работающие от двух-трех аккумуляторов и рассчитанные на выходной ток 0,3–1 А. Критерии выбора: минимальное количество, малые габариты навесных элементов и миниатюрный корпус.

При питании от двух или трех аккумуляторов напряжение может изменяться в диапазоне 6,0–12,6 В. Рассмотрим несколько микросхем DC/DC-преобразователей различных фирм.

Продукция фирмы Maxim довольно обширна, но первое, что бросается в глаза при анализе понижающих регуляторов, — диапазон входных напряжений большого количества микросхем ограничен 5,5 В. Рассмотрим несколько микросхем с интересующими нас характеристиками.

MAX5033 и MAX5035 — пара микросхем, работающая с входными напряжениями до 76 В, MAX5033 рассчитана на выходной ток до 0,5 А, MAX5035 — до 1 А. Выпускаются в версии с фиксированными выходными напряжениями 3,3, 5, 12 В и версии с регулируемым выходным напряжением от 1,25 до 13,2 В. В качестве недостатка можно отметить низкую частоту преобразования — всего 125 кГц, что влечет использование более габаритных навесных элементов. К недостаткам так же можно отнести размеры — микросхема выпускается в двух исполнениях: SO-8 и PDIP-8. Рекомендовать эти микросхемы можно, если только существует вероятность использования напряжений до 76 В.

MAX1776 выпускается в более миниатюрном исполнении — корпус μMAX-8. Максимальное входное напряжение 24 В, выходной ток 0,6 А, производится версия с регулируемым навесными элементами выходным напряжением, фиксированное напряжение 5 В задается внешней коммутацией. Частота преобразования, как и у предыдущей микросхемы, невелика и составляет 200 кГц.

Микросхемы MAX1684 и MAX1685 различаются между собой частотой преобразования (300 и 600 кГц соответственно). Работоспособны до входного напряжения 14 В и гарантированно выдают ток 1 А. Имеют два режима работы: фиксированное выходное напряжение 3,3 В и регулируемое. Выпускаются в корпусе QSOP-16.

Все рассмотренные выше микросхемы Maxim имеют достаточно широкие диапазоны входных напряжений и выходных токов, что является несомненным достоинством, но следует отметить в качестве недостатков низкую частоту преобразования и использование внешнего диода.

Фирма Linear Technology выгодно отличается большим количеством микросхем, удовлетворяющих условиям работы с двумя-тремя аккумуляторами и выходным током в рассматриваемом диапазоне. Кроме того, хочется отдельно отметить, что большое количество микросхем выпускается в миниатюрных корпусах ThinSOT.

LT1933 — один из лучших вариантов для применения в мобильных устройствах. Допустимое входное напряжение до 36 В, выходной ток до 0,6 А, частота преобразования 500 кГц, и все это в миниатюрном ThinSOT (SOT23-6). Рекомендуемые значения навесных элементов позволяют разработать достаточно мощный и миниатюрный преобразователь. Значение выходного напряжения регулируется внешними резисторами. Недостаток — требуется два внешних диода.

Микросхема LTC1474 производится в миниатюрном MSOP-8 и SO-8. Диапазон входных напряжений от 3 до 18 В, выходной ток, пожалуй, маловат — всего 0,3 А. Выпускается в версиях с фиксированными выходными напряжениями 3,3, 5 В и с регулируемым выходным напряжением.

Преобразователь LM2734 National Semi-conductor в общем напоминает LT1933: такой же миниатюрный корпус TSOT-6, малые номиналы (а значит, и габариты) навесных элементов, частота преобразования 550 кГц для LM2734Y и 1,6 МГц (!) для LM2734X, только максимальное входное напряжение чуть ниже — 20 В, зато выходной ток — 1 А.

В случае использования двух Li-ion или Li-pol аккумуляторов удобно использовать семейство микросхем TPS6205XX, производимое Texas Instruments. Основным плюсом преобразователя, выполненного на микросхемах этого семейства, будет миниатюрность, так как в отличие от большинства других DC/DC-преобразователей представители данного семейства не требуют внешнего диода. Выпускаются версии на наиболее популярные фиксированные напряжения питания: 1,5, 1,8 и 3,3 В (данное обстоятельство позволяет еще сэкономить место на плате благодаря отсутствию двух задающих выходное напряжение резисторов), а также версии с регулируемым выходным напряжением. Номиналы внешних элементов достаточно малы, возможно использование миниатюрных керамических конденсаторов. Микросхемы доступны в корпусе MSOP-10.

Основные характеристики рассмотренных выше микросхем приведены в таблице. Более подробная информация размещена на сайтах фирм-производителей.

В настоящее время у производителей наблюдается тенденция к увеличению частоты DC/DC-регуляторов, отказ от внешнего диода и использование миниатюрных корпусов, что, в общем, гарантирует уменьшение размеров преобразователей.