基于MP3424的AA升压电路电源方案
将 aa 电池的供电电压提升至 5v
单节 aa 电池是一种极为方便的电源，适用于便携式低功率应用。典型 aa 电池提供 2 安培小时容量，可以提供超过 2a 的峰值供电电流。电池在充满电时通常能提供 1.5v，在放电时能提供 0.9v。这个数值不包括内部电阻压降，压降范围在 100mω 和 120mω 之间。要将该电压范围转换为 3.3v 或 5v 稳定电压，可以使用多款用于启动和采用低输入电压工作的 dc/dc 升压转换器来完成。这些设备采用同步开关管，所以下管能够启动电感。然后，由上管将存储的电能传输至输出电容和负载。
mp3414 是一个 aa 升压转换器示例，它具有一个 1.5a 下管，可以利用最低 0.9v 电池输入升压实现 3.3v 输出和 400ma 负载。图 1 所示为 mp3414 电路。同步上管取代了电路中的分立式二极管，并在短路和故障情况下提供限流和输入/输出隔离。
图 1：同步升压转换器电路图
虽然 mp3414 是适合单节 aa 或 3.3v 电压不错的解决方案，但其最大输出电压限制为 4.0v，开关电流限制（1.5a）则低于电池可以提供的最大电流。
对于输出电压和负载更高的应用，可以使用多种具备更高的最大电流和电压规格的升压 dc/dc 转换器，虽然这些转换器的输入电压范围可能受到限制。例如，mp3424 具备最高 9.5a 的开关管电流和 5.5v 输出电压，以及最低 2.0v 的上电电压和最低 1.6v 的工作电压。根据这些规格，可以看出 mp3424 可能不太适合单节 aa 电池应用；但是，通过使用特殊的电路技术和系统设计，我们可以获取一种有用的解决方案。
更高功率的 aa 升压电路
升压转换器电路使得开关电源路径可以和输入偏置相互分离，并且采用低功率辅助电源实现大电流升压设计。图 2 所示为 mp3424， 其电路将开关电流路径和输入偏置分离开来。
图 2：单节电池、大电流升压转换器
mp3424 输入和使能引脚仅消耗极少量电流，如果在启动之后，输出被调节至高于 3v，那么设备会与输出偏置。这意味着，偏置次级电源可能是一个小型 3v 锂电池，是一个次级 dc/dc 转换器，或者是使用 aa 电池的充电泵设备。
mp3424 的最大开关电流限值为 9.5a，但包含一个电流检测电路，可以产生可调节的最大输出电流。aa 电池的内部电阻将峰值电流限制为最大约 3a，在输入为 0.9v 时为约 2a（在实际输入为 0.7v 时，esr 损失为 0.1ω x 2a = 0.2v）。rsense 可使用公式（1）计算得出：
iocl=vocl/rsense
其中iocl 是输出恒定电流限值vocl = 30mv.
电流限值为 400ma 时，， rsense为0.075ω。 当设备负载增大到电流限值时，峰值开关电流受到限制，以支持该电流（在输出为 5v 时约为 3a）。因此，输出电压开始下降。输出电压保持为较低的恒定电压，aa 电池则保持安全的峰值电流。如果负载增加，输出最后会降低至低于输入，上管 mosfet 会将电流导入负载。如果 vout 降至预期输出的 50% 以下，设备会进入短路限制和关断状态，并每隔 40µs 重试一次。
出色的便携式脉冲电源
在满足便携式设备对间歇脉冲峰值功率的需求时，恒定电流功能非常有用。许多应用需要传感器、处理器和存储器短时运行，然后关断，并重复这种操作。这种过程可能随处进行重复，频率从几百次/秒到仅仅一次/秒。因为所需功率可能超过单节 aa 电池的峰值容量，另一种解决方案是增高至更高电压，然后在两次突发之间将电荷存储在电容中。如此，电容可以在突发期间放电，然后再重新充电。
图 3 所示为一个峰值脉冲供电系统示例应用。
图 3：峰值脉冲供电系统
图 3 所示为一个峰值脉冲供电系统示例应用。
在此应用中，负载为 5w，恒定保持 100µs（例如 ir led），初始电压为 5v，按 1.0ms 为间隔重复。mp3424 对一节 aa 电池进行升压，采用 1.5µh 电感，以及一个 220µf 电解输出存储电容。开关频率固定为 580khz，输出电流限值设置为 0.3a 恒定值，以为输出电容充电。采用放电电容电源提供恒定 5w，并得出一条放电曲线（参见图 4）。该模拟曲线中包含电容的 30mω 串行电阻。
图 4：放电曲线
注意，mp3424 可以在放电期间升压，但在本例中，mp3424 被禁用，负载电流由电容单独提供。由于输出功率是恒定的，且负载源极电压下降，所以电流提供的电源会随时间增加。放电之后，电容的电压约为 4.5v。
电容通过启用 mp3424（具备 300ma 恒定电流输出）来充电。使用 dt = c x dv / i，可以计算得出充电时间为（220e - 6 x 0.5）/ 0.3 = 367µs，如此，可以在 1ms 周期时间内让电容重新达到 5v，且还具有多余时间。当输出电压达到 5.0v 时，mp3424 切换到低负载电流跳频（pfm）模式，帮助降低电池消耗。mp3424 的电流控制使电池在充电周期内的峰值电流保持在 1.5a 左右，可以防止 esr 导致电池电压过度下降。
给超级电容充电
另一个高峰值电流应用要求在两次放电之间保持长时间充电，以免造成电池消耗。这种特殊应用要求功率恒定为 2.0w，放电时间为 500ms，并在首次放电之后进行时长 2 秒的二次放电。之后，该系统可以闲置一个月。图 2 中同样的 mp3424 电路的输出为 5v 时，可以与 0.5f 超级电容（sc）配对，获得更长的放电时间。超级电容拥有更高的 esr（约为 0.4ω），所以降压稳压器的输入端存在压降。在放电期间，此压降约为 0.25v。截止电压为约 4.1v，在 1 秒充电时间内存在 300ma 恒定电流。放电时间和充电时间为 1.5 秒时，可以达到实现 2 秒周期时间的条件。
由于 mp3424 的输出和检测引脚存在泄漏，所以在设备被禁用（以保护电池）时，超级电容会在一个月内保持非活动放电。对于这种应用，输出 p 通道开关管会将 sc 和升压电路隔离开来，并由微控制器用来启动放电/充电周期的使能信号来实施控制。单个封装中的 n 通道和 p 通道组合通过使能高信号来实施开关，将超级电容的关断泄漏降低至低于 50na。图 5 显示了整个电路。
图 5：超级电容为电路充电，以实现峰值脉冲功率
结论
对于电源功率有限的应用，例如低压电池，在升压 dc/dc 调节器中采用可编程恒定电流模式非常有用。使用升压转换器上的开关引脚提供单独的电源输入，同时采用小型辅助电源偏置该设备，以发挥电池电源的所有潜在功率。
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mp3414 是一个 aa 升压转换器示例，它具有一个 1.5a 下管，可以利用最低 0.9v 电池输入升压实现 3.3v 输出和 400ma 负载。图 1 所示为 mp3414 电路。同步上管取代了电路中的分立式二极管，并在短路和故障情况下提供限流和输入/输出隔离。
图 1：同步升压转换器电路图
虽然 mp3414 是适合单节 aa 或 3.3v 电压不错的解决方案，但其最大输出电压限制为 4.0v，开关电流限制（1.5a）则低于电池可以提供的最大电流。
对于输出电压和负载更高的应用，可以使用多种具备更高的最大电流和电压规格的升压 dc/dc 转换器，虽然这些转换器的输入电压范围可能受到限制。例如，mp3424 具备最高 9.5a 的开关管电流和 5.5v 输出电压，以及最低 2.0v 的上电电压和最低 1.6v 的工作电压。根据这些规格，可以看出 mp3424 可能不太适合单节 aa 电池应用；但是，通过使用特殊的电路技术和系统设计，我们可以获取一种有用的解决方案。
更高功率的 aa 升压电路
升压转换器电路使得开关电源路径可以和输入偏置相互分离，并且采用低功率辅助电源实现大电流升压设计。图 2 所示为 mp3424， 其电路将开关电流路径和输入偏置分离开来。
图 2：单节电池、大电流升压转换器
mp3424 输入和使能引脚仅消耗极少量电流，如果在启动之后，输出被调节至高于 3v，那么设备会与输出偏置。这意味着，偏置次级电源可能是一个小型 3v 锂电池，是一个次级 dc/dc 转换器，或者是使用 aa 电池的充电泵设备。
mp3424 的最大开关电流限值为 9.5a，但包含一个电流检测电路，可以产生可调节的最大输出电流。aa 电池的内部电阻将峰值电流限制为最大约 3a，在输入为 0.9v 时为约 2a（在实际输入为 0.7v 时，esr 损失为 0.1ω x 2a = 0.2v）。rsense 可使用公式（1）计算得出：
iocl=vocl/rsense
其中iocl 是输出恒定电流限值vocl = 30mv.
电流限值为 400ma 时，， rsense为0.075ω。 当设备负载增大到电流限值时，峰值开关电流受到限制，以支持该电流（在输出为 5v 时约为 3a）。因此，输出电压开始下降。输出电压保持为较低的恒定电压，aa 电池则保持安全的峰值电流。如果负载增加，输出最后会降低至低于输入，上管 mosfet 会将电流导入负载。如果 vout 降至预期输出的 50% 以下，设备会进入短路限制和关断状态，并每隔 40µs 重试一次。
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注意，mp3424 可以在放电期间升压，但在本例中，mp3424 被禁用，负载电流由电容单独提供。由于输出功率是恒定的，且负载源极电压下降，所以电流提供的电源会随时间增加。放电之后，电容的电压约为 4.5v。
电容通过启用 mp3424（具备 300ma 恒定电流输出）来充电。使用 dt = c x dv / i，可以计算得出充电时间为（220e - 6 x 0.5）/ 0.3 = 367µs，如此，可以在 1ms 周期时间内让电容重新达到 5v，且还具有多余时间。当输出电压达到 5.0v 时，mp3424 切换到低负载电流跳频（pfm）模式，帮助降低电池消耗。mp3424 的电流控制使电池在充电周期内的峰值电流保持在 1.5a 左右，可以防止 esr 导致电池电压过度下降。
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由于 mp3424 的输出和检测引脚存在泄漏，所以在设备被禁用（以保护电池）时，超级电容会在一个月内保持非活动放电。对于这种应用，输出 p 通道开关管会将 sc 和升压电路隔离开来，并由微控制器用来启动放电/充电周期的使能信号来实施控制。单个封装中的 n 通道和 p 通道组合通过使能高信号来实施开关，将超级电容的关断泄漏降低至低于 50na。图 5 显示了整个电路。
图 5：超级电容为电路充电，以实现峰值脉冲功率
结论
对于电源功率有限的应用，例如低压电池，在升压 dc/dc 调节器中采用可编程恒定电流模式非常有用。使用升压转换器上的开关引脚提供单独的电源输入，同时采用小型辅助电源偏置该设备，以发挥电池电源的所有潜在功率。
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