Литий-ионные батареи с номинальным напряжением 3,6 В хорошо работают в мобильных устройствах. С другой стороны, современные микроконтроллеры и другие цифровые схемы питаются от напряжения 3,3 В или 5 В. Для обеспечения стабильного питания от такого АКБ необходима схема, которая может как повышать, так и понижать напряжение относительно входного. Вот она.
Принципиальная схема стабилизатора Up-Down
Данный стабилизатор выполнен на базе микросхемы MCP1252-33X50I / MS. Он содержит полную систему подкачки заряда с контроллером, который стабилизирует выходное напряжение и сигнализирует о его правильном значении. Максимальный ток нагрузки составляет 120 мА, чего достаточно для многих случаев. На выходе напряжение 3,3 В или 5 В – выбирается перемычкой.
Входное напряжение может быть от 2 В до 5,5 В, но схема не будет работать должным образом во всех ситуациях, о чем будет сказано позже. Частота коммутации 520 – 780 кГц, что исключает возможные акустические эффекты. Отсутствие индуктивных элементов, работающих на высоких частотах, приводит к незначительному излучению электромагнитных помех.
Принципиальная схема готового преобразователя представлена на рисунке. Блок выполнен на односторонней печатной плате, размеры которой составляют всего 13 х 25 мм. Разъем J1 используется для подачи питания от батареи или другого источника и для получения стабилизированного напряжения. Использование двух других разъемов необязательно.
Печатная плата и сборка стабилизатора
J2 находится рядом с выходным напряжением, когда выходное напряжение инвертора правильное (обычно выше 93% от номинального значения). В противном случае выходной потенциал PGOOD будет заземлен. Клемма SHDN в разъеме J3 используется для запуска инвертора. Если он замыкается на входное напряжение (V IN), инвертор включается.
После замыкания на землю схема переходит в состояние покоя, потребляя около 100 нА. Выбор выходного напряжения осуществляется путем обеспечения высокого (Uo = 3,3 В) или низкого (Uo = 5 В) логического уровня выхода SEL. Для этого используется площадка SJ1. Таким образом желаемое выходное напряжение фиксируется, и пользователю больше не нужно о нем беспокоиться.
Собранный блок был испытан без нагрузки и с токовой нагрузкой около 100 мА. Без нагрузки схема с установленным выходным напряжением 3,3 В работала правильно во всем диапазоне напряжений, а при 5 В только от 2,5 В. Эта особенность является следствием свойств “зарядового насоса”, который может не более чем вдвое превышать напряжение питания.
Под нагрузкой при напряжении 3,3 В можно было работать во всем допустимом диапазоне питающего напряжения, но при заданном напряжении 5 В выходное напряжение стабилизировалось на нужном уровне лишь на уровне 2,9 В на входе. Причина увеличения нижнего предела корректной работы – дополнительные потери в ключевых элементах.
В ходе испытаний выяснилось, что наилучший КПД не обязательно тогда, когда напряжение питания близко к выходному напряжению. Оказалось лучше всего схема работает при напряжении намного ниже установленного или немного выше его. Разница в получаемой эффективности значительна, почти вдвое, поэтому стоит помнить об этой особенности при использовании данной микросхемы.
