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http://www./ART_8800510216_28_20002_AN_a06eb987_2.HTM 在一只微控制器中(图2b)，是一个片上的发生单元提供这个开关波形。保护二极管可以内置在微控制器芯片上，或可以外接。开发者唯一要接的一个元件就是电感线圈与滤波电容。在图2b所示SoC中，VDDA和VDDD是芯片的供电电压。
设计技巧 嵌入方案中使用的小功率低输入电压SMP要求有高的效率，这类应用都有空间与成本的约束，不过开关元件和无源元件的损耗都会限制效率的提高。控制器内置的MOSFET开关会带来欧姆损耗以及开关损耗；开关频率越高，开关损耗也越大。开关的阻抗主要在芯片的设计阶段确定，电感损耗与开关损耗类似。设计人员必须选择适当的开关频率，以优化功率，并且必须根据开关频率来选择电感。 输出电容的ESR(等效串联电阻)可以产生很大的纹波。如果为降低成本而选择铝电解电容，则还应并联一个瓷片电容，以减少纹波。所用电容大小决定了输出的保持时间。建议采用肖特基二极管，因为它们有低的正向压降和高的开关速度，但是肖特基二极管的正向压降及其自身阻抗也造成了一些损耗。二极管的额定电流应大于两倍的峰值负载电流。 图2b中的SMP有一个内部二极管。不过在微控制器中， 用一只MOSFET开关来模拟这个二极管，MOSFET与SMP同步工作。如外接肖特基二极管，会因为二极管的正向压降而造成较高的功率损耗，这个压降一般约为0.4V。内置同步FET有较低的压降(0.1V)，因此尽量减少了损耗，提高了电池效率。 负载特性亦影响着SMP 的效率；如果不是一个恒定负载，则效率会下降。
设计技巧 嵌入方案中使用的小功率低输入电压SMP要求有高的效率，这类应用都有空间与成本的约束，不过开关元件和无源元件的损耗都会限制效率的提高。控制器内置的MOSFET开关会带来欧姆损耗以及开关损耗；开关频率越高，开关损耗也越大。开关的阻抗主要在芯片的设计阶段确定，电感损耗与开关损耗类似。设计人员必须选择适当的开关频率，以优化功率，并且必须根据开关频率来选择电感。 输出电容的ESR(等效串联电阻)可以产生很大的纹波。如果为降低成本而选择铝电解电容，则还应并联一个瓷片电容，以减少纹波。所用电容大小决定了输出的保持时间。建议采用肖特基二极管，因为它们有低的正向压降和高的开关速度，但是肖特基二极管的正向压降及其自身阻抗也造成了一些损耗。二极管的额定电流应大于两倍的峰值负载电流。 图2b中的SMP有一个内部二极管。不过在微控制器中， 用一只MOSFET开关来模拟这个二极管，MOSFET与SMP同步工作。如外接肖特基二极管，会因为二极管的正向压降而造成较高的功率损耗，这个压降一般约为0.4V。内置同步FET有较低的压降(0.1V)，因此尽量减少了损耗，提高了电池效率。 负载特性亦影响着SMP 的效率；如果不是一个恒定负载，则效率会下降。 为一个低输入电压SMP电路做布局设计必须非常小心。考虑一个0.5V起步的升压转换器，例如Cypress半导体公司的PSoC3(参考文献1)可编程单系统芯片。我们假设升压输出预计为3V，50mA。当效率为100%时，输入电流预计为((3×50)/0.5)mA=300mA。在300mA电流泵入情况下，一根1Ω的PCB走线都可以轻易地产生0.3V压降。尽管实际输入电压约为0.5V，但在升压转换器输入端上却只剩0.2V了。于是，SMP就无法以0.5V输入电压起动。电路板设计者可以采用一些布线方法来避免出现这种情况，如使用更宽更短的走线，放置元器件时使导电路径尽量短。 另外一个设计问题是流入SMP的开关电流所产生的辐射。当电感存储电荷时，输入电流较高。另外，当电感存储和释放电能时，这个电流会在两个极端之间转换。 考虑一种由0.5V升压至约3V的情况，假设负载电流约为50mA。此时，对理想SMP的输入电流为300mA。如果转换器是非理想的，则这个电流会更大。如果这个电流经过了任何长度的走线，则电磁辐射就会影响到邻近电路的工作。举例来说，假设周边有任何模拟元件，则其性能可能会受影响。为避免出现这种情况，要采用接地的防护走线，将开关路径与其它敏感元件隔离开来。 为一个低输入电压SMP电路做布局设计必须非常小心。考虑一个0.5V起步的升压转换器，例如Cypress半导体公司的PSoC3(参考文献1)可编程单系统芯片。我们假设升压输出预计为3V，50mA。当效率为100%时，输入电流预计为((3×50)/0.5)mA=300mA。在300mA电流泵入情况下，一根1Ω的PCB走线都可以轻易地产生0.3V压降。尽管实际输入电压约为0.5V，但在升压转换器输入端上却只剩0.2V了。于是，SMP就无法以0.5V输入电压起动。电路板设计者可以采用一些布线方法来避免出现这种情况，如使用更宽更短的走线，放置元器件时使导电路径尽量短。 另外一个设计问题是流入SMP的开关电流所产生的辐射。当电感存储电荷时，输入电流较高。另外，当电感存储和释放电能时，这个电流会在两个极端之间转换。 考虑一种由0.5V升压至约3V的情况，假设负载电流约为50mA。此时，对理想SMP的输入电流为300mA。如果转换器是非理想的，则这个电流会更大。如果这个电流经过了任何长度的走线，则电磁辐射就会影响到邻近电路的工作。举例来说，假设周边有任何模拟元件，则其性能可能会受影响。为避免出现这种情况，要采用接地的防护走线，将开关路径与其它敏感元件隔离开来。 升压转换器的特性 任何需要高于电源电压的系统，也都可以使用升压转换器。一个例子是在3.3V的系统中驱动一块5V的LCD。 再举个例子，如某个应用有一个控制器以及一块用于无线通信的RF芯片(图3)。RF芯片的工作可能需要3.3V电压，而控制器只要1.8V就足够了。此时，输入的稳定电压可以为控制器供电；同时，控制器上的SMP可以将输入电压升至3.3V，为RF芯片供电。于是，控制器上的SMP就可以用于需要多种电源的应用。
主动模式的升压电流一般为200μA，待机模式为12μA。开关频率可以设定为100kHz、400kHz、2MHz或32 kHz ，以优化效率与元件成本。100kHz、400kHz和2MHz开关频率来自于升压转换器中的内置振荡器。当选择32kHz开关频率时，时钟则来自于外接的32kHz晶振。32kHz外部时钟主要用于升压待机模式。 微控制器和SoC 的片上SMP有助于为小功率嵌入式应用提供电源。提高电池的效率，增加其持续使用时间，从而减少废弃电池的数量。SMP也鼓励设计人员去开发采用太阳能电池供电的系统。 |
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