(图 9)
再回过头重新看图5中的开关电容的两个工作状态,假设输入VIN和输出VOUT电压在开关周期内纹波很小或者保持不变,那么同样可以利用式(1)-(3)来推导2:1开关电容电路的输出阻抗。
需要说明的是,实际开关电容电路中,由于输入输出电压和CFLY两端的压差在开关周期内是有纹波变化的,且在工作状态切换前CFLY两端的电压不一定可以进入稳态,因此2:1开关电路输出阻抗会复杂一些。(由于篇幅限制,将不在此详细说明)
4. 开关电容的优势
以上介绍了开关电容的工作原理,而高功率充电之所以选择开关电容的拓扑主要是因为相比与Buck Charger有明显的效率优势。其主要原因为:
没有电感储能,因此没有电感引起的损耗
没有电感续流,因此开关管没有关断损耗,二极管反向恢复损耗和死区损耗
由于开关管串联工作,降低了寄生电容的压降,进一步降低了开通过程中产生的损耗
图10为南芯SC8571的效率曲线,其峰值效率超过98.5%,相比于其他的充电拓扑,开关电容展现了极大的效率优势。
(图 10)
5. 总结
在如今这个对快充技术需求非常强烈的时代,开关电容电路通过其优异的转换效率在手机中获得了大范围的应用,并已实现单颗充电80W的高功率。
本文通过对开关电容基本工作原理的简介,说明了其工作特点和等效电路模型,并阐明了开关电容电路高转换效率的原因。